Проектирование и устройство свайных фундаментов

Проектирование и устройство свайных фундаментов
Введение
Готовые забивные сваи. Сваи и свайные фундаменты
Несущая способность свай и свайных фундаментов
Оборудование для погружения свай
Работы по погружению свай
Вибрационные методы погружения свай
Свайные работы в особых условиях
Свайные фундаменты на вечномерзлых грунтах
Шпунтовые ограждения
Проектирование работ и организация труда
Набивные сваи. Виды и конструкции набивных свай
Устройство скважин. Машины для бурения скважин
Буронабивные сваи изготовленные сухим способом
Буронабивные сваи с уширенной пятой
Буронабивные сваи изготовляемые под глинистым раствором
Набивные сваи в скважинах, образованных без выемки грунта
ПРЕДИСЛОВИЕ
В книге рассмотрены вопросы проектирования и устройства свайных фундаментов.
Подробно излагается технология производства свайных работ, при этом использован
опыт московских организаций, КамГЭСэнергостроя и др. Вопросы проектирования свай и
фундаментов на них изложены кратко, однако в объеме, достаточном для выполнения
несложных расчетов и возможности конструирования на их основе.
Настоящая книга создана в результате переработки выпущенного в 1974 г. учебного
пособия «Свайные работы» под ред. И. И. Косорукова. Целью этого издания является
обновление материала с учетом достижений науки и производства за последние годы.
Материал изложен с учетом новых строительных норм и правил СНиП Н-17—77.
Изложение содержания повлекло за собой уточнение наименования книги.
Книга предназначается для студентов специальности «Промышленное и гражданское
строительстве» и других строительных специальностей в качестве пособия для
выполнения курсового и дипломного проектирования, а также работников проектных и
строительных организаций.
Издание подготовлено коллективом авторов под общей редакцией заслуженного
строителя РСФСР проф. И. И. Косорукова и проф. Л. Г. Дикыана.
Авторами отдельных глав книги являются: проф. И. И. Косоруков — предисловие и
введение; канд. техн. наук доц. Н. Г. Самсонов — гл. 1, 2, § 1, 2 гл. 8 и § 5, 6 гл. 10; инж. С.
Б. Беленький — гл. Зь-9 (кроме § 1, 2 гл. 8); проф. JI. Г. Дикман — § 1—4 гл. 10 и главы 12—
15; канд. техн. наук доц. В. И. Сосков — гл. 11; проф. А. И. Кондратьев — § 3 гл. 9.
Авторы выражают благодарность рецензентам рукописи докт. техн. Наук проф. А. К.
Сычеву и преподавателям кафедры «Технология строительного производства» МИСИ им.
В. В. Куйбышева (зав. кафедрой заслуженный строитель РСФСР проф. Т. М. Штоль),
замечания которых были учтены при подготовке книги к изданию.
Готовые забивные сваи. Сваи и свайные фундаменты
§ 1. Назначение и работа свай в грунте
Сван представляют собой погруженные в грунт или изготовленные в пробуренных в
грунте скважинах тонкие стойки, которые передают нагрузку от сооружения на более
плотные слои грунта. По длине сваи могут иметь постоянное сечение (призматические и
цилиндрические) или переменное (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные).
По форме поперечного сечения сваи различают квадратные, прямоугольные, круглые,
треугольные, трубчатые, трапецеидальные.
Забитые в грунт сваи перекрывают балкой или плитой, называемой ростверком. Ростверк
служит для взаимной связи свай между собой и обеспечивает выравнивание их осадки
под нагрузкой. В зависимости от материала свай и положения постоянного уровня
грунтовых вод ростверки выполняют из дерева, бетона или железобетона.
Различают свайные фундаменты с высоким и низким ростверком (1.1). При высоком
ростверке подошва его не соприкасается с поверхностью грунта. Такие ростверки
устраивают в тех случаях, когда поверхность грунта покрыта водой (например, при
строительстве набережных, мостовых опор и т. д.). На высоких ростверках можно
размещать также гражданские здания (например, при устройстве технического подполья).
В промышленном и гражданском строительстве чаще всего применяются низкие
ростверки. Отметка заглубления низкого ростверка в грунт зависит от наличия подвалов и
проходящих в них подземных коммуникаций, возможности пучения грунтов, глубины
заложения соседних фундаментов и ряда других причин.
Вися ч и е с в а и, называемые также сваями трения, опираются острием на сжимаемые
грунты и передают нагрузку на грунт как по площади поперечного сечения, так и по
боковой поверхности свай, взаимодействующей с окружающим грунтом
§ 2. Основы классификации свай
Для устройства свайных фундаментов применяют сван, различающиеся по материалу,
положению в вертикальной плоскости, форме поперечного и продольного сечений,
способу изготовления и погружения в грунт. В зависимости от материала сваи могут быть
деревянными, металлическими, бетонными и железобетонными.
В последнее время начали применять грунтобетонные, грунтовые и песчаные сваи,
подробно рассматриваемые во втором разделе книги.
По положению в вертикальной плоскости различают сваи вертикальные и наклонные.
Наклонные сваи служат для воспринятая горизонтальных нагрузок.
По условиям изготовления сваи подразделяют на две группы: сваи готовые (1.3, а, е),
погружаемые в грунт забивкой, вдавливанием, ввинчиванием и т. д., и набивные сваи
(1.3, б, в, г, д), изготовляемые непосредственно в скважине, предварительно пробуренной
или пробитой в грунте.
Поперечное сечение свай может быть сплошным (полнотелые сваи) пли
полым'(пустотелые сваи и сзаи-оболочки). Принципиального различия между
пустотелыми сваями и сваями- оболочками нет. Обычно при диаметре (стороне)
поперечного сечения сваи до 800 мм и наличии внутренней полости сваи называют
пустотелыми. При тех же условиях, но при диаметре более 800 мм сваи относят к сваямоболочкам.
Пустотелые сваи и сваи-оболочки могут быть с открытым пли с закрытым нижним концом,
что сказывается на способе производства работ и на несущей способности сваи.
Для повышения несущей способности набивных свай в нижних концах их устраивают
уширенные пяты (разбуриванием или камуф-летным взрывом). Уширенные пяты могут
иметь и забивные сваи.
Для изготовления металлических свай используют цельнотянутые трубы диаметром 30—
100 см и более. Иногда для этого применяют двухтавровые балки пли сваривают из двух
шпунтпн корыт-ного профиля трубобетонные сваи. Трубы большого диаметра погружают
в грунт чаще всего с применением подмыва. Погруженную в грунт трубу заполняют
бетоном. Такая трубобетонная свая при опирании на твердый грунт может обладать
несущей способностью 250—300 т.
Разновидностью металлических свай являются винтовые, которые могут иметь длину до
40 м, а диаметр винтовой лопасти до 2,4 м. Несущая способность винтовых свай достигает
400—500 тс. Их ввинчивают в грунт с помощью кабестана (особого вида лебедки).
Преимущество винтовых свай заключается в возможности быстрого ввинчивания без
толчков и сотрясений. Кроме того, винтовые сваи одинаково хорошо сопротивляются
сжатию и выдергиванию.
Опыт строительства в СССР показал, что в ряде случаев применять винтовые сваи
экономически более выгодно, чем забивные железобетонные.
В последние годы разработаны конструкции свай, в которых металлическая оболочка
заменена сборной железобетонной. Погружают такие сваи с помощью размещаемого
внутри оболочки стального сердечника, который соединен с винтовой лопастью. После
ввинчивания оболочки сердечник отсоединяют и используют для> погружения других
свай. Ввиду того, что металлические сваи в зоне переменной влажности подвергаются
коррозии, для защиты их окрашивают, обмазывают битумами, каменноугольными
смолами, а также покрывают специальными антикоррозийными пленками.
Винтовые лопасти свай можно изготовлять из чугуна, стали, железобетона, пластмасс и
стеклопластиков. Последние обладают большой механической прочностью, не
подвержены коррозии и хорошо обрабатываются. Лопастям из стеклопластика можно
придать любую форму, гладкую поверхность, что резко уменьшает коэффициент трения
по грунту при ввинчивании сваи.
Готовые сван изготовляют нескольких типов, тогда как конструкции набивных свай весьма
разнообразны. Возможно комбинирование различных методов устройства ствола свай и
уширенной пяты.
§ 3. Характеристика отдельных видов забивных свай
Дер ев я ни ы_е... ев а и изготовляют из бревен хвойных пород. Такие сваи могут быть
цельными, изготовляемыми из одного брев-ка, и срощенными по длине из двух бревен.
Сращивать сваи более
чем из двух бревен не допускается (1.4). Применяют также пакетные сваи, сплоченные из
нескольких цельных или срощенных по длине бревен или брусьев, а также клееные из
досок толщиной 3—5 см.
Диаметр бревен для цельных и составных свай в тонком отрубе должен быть в пределах
22—34 см, а их длина — 6,5 и 8,5 м. Применять для деревянных свай брезна длиной
более 8,5 м можно, только по соглашению с предприятием-изготовителем свай.
Применять деревянные сваи целесообразно в тех районах, где древесина является
дешевым строительным материалом и при условии, что головы свай после срезки всегда
будут находиться на 0,5 м ниже самого низкого уровня воды. При устройстве ростверка из
древесины верхняя плоскость деревянного ростверка также должна быть заглублена на
0,5 м ниже самого низкого уровня воды.
Перед забивкой нижние концы деревянных свай заостряют, придавая им форму трех- или
четырехгранных пирамид при общей длине заострения. 2<i + 5 см, где d — диаметр сваи.
Поэтому заготовительная длина сваи должна быть больше расчетной на величину острия
и срезаемого участка. При прохождении плотных грунтов, а также имеющих твердые
прослойки и включения на острие сваи надевают металлический башмак, на голову же ее
— металлическое кольцо (бугель). При погружении деревянных свай вибраторами
головам свай придают формы с учетом конструкций вибраторов (1.5).
При изготовлении деревянных свай бревна очищают от коры, наростов и сучьев.
Естественную конусность (сбег) бревен сохраняют.
Стыки бревен в срощенных по длине и в пакетных сваях устраивают впритык, соединяя их
металлическими накладками или патрубками. Стыки бревен в пакетных сваях должны
располагаться вразбежку на расстоянии друг от друга не менее 1,5 м.
Забивные железобетонные сваи и свап-оболоч-киТфименяют в различных
конструктивных вариантах; изготовляют их из обычного или предварительно
напряженного железобетона.
В настоящее время применяется номенклатура железобетонных свай сплошного
квадратного сечения с поперечным армированием ствола. Кроме квадратных свай
изготовляют сваи прямоугольного сечения размерами 200><400 и 250X500 мм.
В последние годы НИИ оснований и подземных сооружений совместно с
экспериментально-конструкторским бюро ЦНИИСКа разработаны конструкции свай без
поперечного армирования, что позволяет уменьшить расход стали в 2—4 раза по
сравнению с расходом ее на предварительно напряженные сваи других конструкций.
При изготовлении сваи предварительное напряжение продольной арматуры'производят
в форме.
Испытания предварительно напряженных свай без поперечной арматуры показали, что их
прочность и трещиностойкость практически не зависят от места размещения стержней
арматуры и определяются только расположением центра тяжести сечения. По этой
причине арматуру в сваях размещают в центральной зоне сечения.
Армирование свай лишь в центральной зоне позволяет сущест* венно сократить расход
металла, поскольку арматуру нужно ставить только по расчету, а не по конструктивным
соображениям. Главное же преимущество такого способа армирования — упрощение
технологии изготовления свай. Вместе с тем отсутствие поперечной арматуры иногда
приводит к поломке свай в процессе погрузки и транспортирования..
Армирование стволов свай без поперечной арматуры производят высокопрочной
проволокой класса Вр-П диаметром 5 мм (по 2—3 нити), стержневой стальной арматурой
класса A-IV, термически упрочненной сталью класса Ат-V ИЛИ прядевой арматурой из
семнпроволочных прядей класса П-7.
Для изготовления свай без поперечного армирования ствола применяют бетон М300,
причем прочность бетона при отпуске натяжения арматуры должна быть не менее 200
кгс/см2, т. е. не менее 70% проектной прочности.
Сваи без поперечного армирования (серии 1.031—6, вып. 1) изготовляют сечением
200X200, 250x250 и 300x300 мм и длиной от 3,0 до 12,0 м.
Расчет свай без поперечной арматуры ведут.на величину контролирующего напряжения
арматуры, которое принимают равным «Ra —для свай со стержневой арматурой класса AIV; 0,8 Ra — для свай со стержневой арматурой класса Ат-V И 0,75 i?a — для свай с
проволочной и прядевой арматурой. Потери предварительного напряжения арматуры
при пропаривании принимают равными 800 кгс/см2.
Подбор сечений и определение количества свай без поперечного армирования ведут по
тем же формулам и расчетным положениям, что и расчет обычных Железобетонных свай
с поперечным армированием.
Сваи без поперечного армирования можно применять только как висячие, погружаемые в
пески, рыхлые и средней плотности, в супеси пластичной и текучей консистенции, в
суглинки и глины тугопластичной, мягкопластичной, текучепластичной и текучей
консистенции. Не допускается применять сваи без поперечного армирования, а также
использовать их в качестве свай-стоек при наличии плотных песков и глинистых грунтов
твердой и полутвердой консистенции. Погружают такие сваи забивкой молотами или
вдавливанием; погружать их с помощью вибраторов не допускается. При забивке
молотами оголовникп их должны иметь деревянную или какую-либо иную упругую
прокладку.
Железо б етонные полые (пустотелые) сваи изго-товляют квадратного или круглого
сечения. Сваи квадратного сечения делают размерами 250x250, 300X300 и 400X400 мм
при
толщине стенок не менее 70 мм. Полые сваи круглого сечения (цилиндрические) делают с
наружным диаметром 400, 500, 600 и 800 мм при толщине стенки не менее 80 мм (1.7), а
сваи-оболочки— диаметром 1000, 1200 и 1600 мм.
Полые сваи квадратного сечения применяют для устройства свайных фундаментов любых
зданий и сооружений, кроме гидротехнических. Внутреннюю полость свай не заполняют,
если сваи погружены на всю длину в грунт, а уровень грунтовых вод находится ниже
глубины промерзания или когда сваи расположены в незамерзающем грунте.
Полые круглые сваи и сваи-оболочки рекомендуется применять для устройства свайных
фундаментов в сейсмических районах, а также при передаче на них горизонтальной
нагрузки больше Зт и при строительстве на слабых грунтах
Нижние концы полых свай могут быть тупыми или с наконечниками, в которых иногда
устраивают отверстия для погружения свай с подмывом. Наличие в полых сваях как
открытых, так и закрытых нижних концов позволяет широко варьировать способы их
погружения. В гидротехническом строительстве и мостостроении широко применяют
железобетонные сваи-оболочки диаметром до 5—6 м.
Такие оболочки после погружения в грунт вибратором заполняют бетоном (часто с
установкой арматурного каркаса), в результате чего несущая способность свай
увеличивается.
Сборные железобетонные сваи трубчатой конструкции собирают из элементов,
изготовленных на полигоне или в заводских условиях. Эти сваи, по существу, вытеснили
стальные оболочки. Фун-
даменты из сборных железобетонных свай, как правило, экономичнее цельных. Особенно
широко применяют трубчатые сваи в морском портовом строительстве.
На свайные фундаменты гидротехнических сооружений обычно не передаются
сосредоточенные нагрузки, и поскольку сваи применяют в массовом количестве, они
должны быть просты по своей конструкции и дешевы. Этим требованиям удовлетворяют
железобетонные трубчатые сваи диаметром 0,6—2,0 м с грунтовым ядром. Погружают
такие сваи вибропогружателями с открытым нижним концом, т. е. без удаления грунта,
проникающего в полость. Под подошвой сваи создается уплотненный массив грунта,
который наравне со стенками воспринимает часть нагрузки от сооружения.
Несущая способность по грунту железобетонных свай с ядром. достигает 1000 т и более.
В зависимости от длины полая железобетонная свая может состоять из секций по 4—8 м
каждая. Характер уплотнения грунтового ядра в большой степени зависит от формы ножа
сваи. Как показали исследования, наибольшее уплотнение обеспечивает нож, скошенный
внутрь.
§ 4. Размещение свай в фундаменте
Ростверки — плиты, объединяющие головы свай и обеспечивающие их совместную
работу, изготовляют чаще всего из бетона или железобетона. Деревянные ростверки
устраивают редко. По форме в плане ростверк в основном повторяет план опорных частей
сооружения или здания, для которого проектируют свайный фундамент. В зависимости от
размеров и формы свайного фундамента в плане сваи могут образовывать свайный куст,
полосу или свайное поле.
Свайный куст объединяет сравнительно небольшое количество свай, при этом
соотношение сторон ростверка в плане составляет не более 1 :5. Свайные кусты
устраивают как фундаменты под колонны, стойки и отдельные высокие сооружения
(например, дымососные трубы).
Свайные полосы образуют для фундаментов большой протяженности в одном
направлении под стены гражданских и промышленных зданий (ленточные фундаменты),
под фундаменты набережных и т. д.
Свайное поле от свайного куста отличается только размерами и количеством свай.
Свайное поле делают, например, под фундаменты мостовых опор,, гидротехнических
сооружений и некоторых зданий и сооружений на сплошном ростверке по всей их
площади.
Сваи размещают рядами или в шахматном порядке (1.8). При небольшом числе свай их
обычно размещают в два ряда, для обширной подошвы ростверка — в шахматном
порядке. Расстояние от крайних осей свай до кромки ростверка принимают равным
диаметру сваи.
§ 5. Конструкции свайных ростверков и безростверковые фундаменты
Бетонные и железобетонные ростверки устраивают монолитными и сборномонолитными. Для устройства монолитных ростверков промышленных и гражданских
зданий и сооружений применяют бетон МЛ50; для опор мостов, гидротехнических
сооружений и опор больших переходов линий электропередачи — бетон М200. При
устройстве сборных ростверков применяют соответственно бетон марок 200 и 300.
Минимальная толщина ростверков в фундаментах промышленных и гражданских зданий
и сооружений составляет 0,6— 0,7 м, в фундаментах мостовых опор — 1,5—2,0 м.
Сборные железобетонные ростверки имеют меньшую толщину, определяемую по
расчету.
Головы свай должны быть прочно связаны с ростверком. С этой целью у свай обнажают
арматуру не менее чем на 25 см при работе их на вертикальную нагрузку и на 40 см — при
горизонтальной нагрузке. Головы свай заделывают в бетон ростверка соответственно не
менее чем на 5 и 10 см.
Если железобетонный ростверк устраивают по деревянным сваям, то головы свай
заделывают не менее чем на 30 см. В опорах мостов-головы свай заделывают в ростверк
не менее чем на удвоенную толщину ствола сваи.
Свес железобетонного ростверка, т. е. расстояние от края ростверка до ближайшей
наружной грани сваи должен быть не менее 5 см. Отклонения сваи в плане от проектного
положения в однорядных свайных фундаментах допускается не более 0,2 диаметра сваи,
в кустах и лентах с двух- и трехрядным расположением свай — 0,3 диаметра и в свайных
полях — 0,4 диаметра сваи.
Поскольку такие отклонения свай от проектной оси возможны, дополнительное
требование состоит в том, чтобы свес ростверка составлял не менее 0,15 диаметра сваи и
не менее 5 см. В фундаментах мостовых опор свес ростверка должен быть не менее 25
см. Свес ростверка не следует делать более 0,5 диаметра свал, так как в этом случае
ухудшаются условия передачи нагрузки от сооружения на сваи.
Выпуски арматуры свай следует приваривать к арматуре ростверка или заделывать в
сжатую зону бетона.
Вместо монолитных ростверков нередко экономически выгодно устраивать сборные
ростверки. При устройстве их требуется особенно тщательно забивать сваи, так как
допуски отклонения свай от проектной оси здесь меньшие. Головы свай в сборных
ростверках скрепляют монолитно сваркой закладных деталей и заливкой цементным
раствором.
Вследствие ряда недостатков, имеющихся в конструкциях сборных ростверков, были
разработаны конструкции сборно-монолитных ростверков, в которых основная часть
сборная, а головы свай заделывают в ростверк при помощи монолитной заливки
бетоном.
Экспериментально проверено, что при малых горизонтальных нагрузках на головы свай в
жилых домах можно обойтись без за-моноличивания ростверка. В таких случаях головы
свай тщательно срезают под один уровень, потом на них укладывают слой цементного
раствора, а по нему балки или плиты ростверка.
1.10. Конструкции свайных фундаментов под отдельные колонны зданий и сооружений;
При возведении каркасных сооружений в тех случаях, когда вся нагрузка от колонны
может быть воспринята одной сваей, ростверк не устраивают, а всю нагрузку передают
непосредственно на сваю. Сваи здесь применяют полнотелые и пустотелые. Сопрягают
колонны с полнотелыми сваями с помощью специальных сборных муфт, а с пустотелыми
— с помощью специальных стаканов, размещаемых в полости свай.
Конструкции монолитных ростверков под отдельные колонны зданий и сооружений
показаны на 1.10. Особенностью таких ростверков является применение стакана для
одно- и двухветвевых сборных колонн.
Таким образом, в зависимости от типа зданий и сооружений и характера нагрузки,
передаваемой на основание, применяют конструкции монолитных ростверков, сборных,
сборно-монолитных, а также и безростверковое опирание.
Выбор типа сопряжения свай с несущими конструкциями здания или сооружения зависит
от конструктивной схемы сооружения, наличия и величины горизонтальных нагрузок,
передаваемых на го-ЛОВЫ спай, а также соотношения между вертикальными и
горизонтальными нагрузками.
Несущая способность свай и свайных фундаментов
§ 1. Несущая способность одиночных свай
Несущую способность одиночных свай всех видов определяют как наименьшее из
значений несущей способности, полученных по следующим двум условиям: по условию
сопротивления грунта основания свай, по условию сопротивления материала свай.
2.1. Напряженное состояние грунта под сваями в зависимости от расстояния между, ними
Несущая способность одиночной сваи по грунту зависит от механических свойств грунта и
от метода устройства или погружения сваи.
В практике фундаментостроения используют три метода определения несущей
способности одиночных свай: теоретический метод (по формулам и таблицам СНиП 1117—77); динамический метод, основанный на использовании результатов пробной
забивки свай; метод пробных статических нагрузок, при котором используют данные,
полученные при нагружении свай статическими нагрузками или зондированием грунта.
Несущая способность свайного фундамента из свай-стоек равна сумме несущих
способностей отдельных свай. Однако при этом мощность практически несжимаемого
слоя грунта, на который опирают сваи-стойки, должна быть достаточной. В противном
случае свайный фундамент может продавиться в подстилающий слабый грунт.
В тех случаях, когда отдельные сваи, составляющие фундамент, расположены достаточно
далеко одна от другой, эпюры давлений в грунте не пересекаются (2.1, а), и несущая
способность каждой сваи используется полностью. При частом расположении свай эпюры
давлений на грунт будут пересекаться (2.1, б, в). Такое пересечение эпюр до известной
степени условно, потому что при частой расстановке свай силы трения вокруг каждой сваи
проявляются не полностью.
Таким образом, при частом расположении свай их общая несущая способность
уменьшается. Однако при расчете свайных фундаментов из висячих свай кустовой эффект
не учитывают, а ведут расчет свайного фундамента в целом по второму предельному
состоянию (по деформациям) грунта основания.
При производственной и экспериментальной забивке свай следует соблюдать ряд
условий. Так, масса ударной части молота одиночного действия при забивке сваи в грунты
средней плотности должна быть не менее массы сваи (или сваи-оболочки) при длине
сваи более 12 м и не менее 1,25 массы сваи при ее длине менее . 12 м. Если сваю
забивают в плотные грунты, масса ударной части молота при любых условиях должна
быть не менее 1,5 массы сваи. При этом массу наголовника включают в массу сваи.
Зазор между гранью сваи и стенкой наголовника не должен превышать 1'см.
Динамические испытания свай для определения их несущей способности в песчаных
грунтах ведут не менее чем по истечении 3 сут, а свай, забитых в глинистые грунты, — не
менее чем через 6 сут с момента окончания их забивки. Это требование вызвано тем, что
при погружении готовых свай забивкой в некоторые грунты наблюдаются явления
ложного «отказа» и засасывания сваи.
Ложный отказ проявляется в том, что после некоторого количества ударов свая перестает
заглубляться в грунт, но вновь легко начинает погружаться после возобновления забивки
через несколько дней. При ложном отказе сваю после одной или нескольких остановок
можно добить до проектной отметки и получить проектную несущую способность.
Явление засасывания сваи проявляется в том, что после некоторого количества ударов
отказы резко увеличиваются, и свая все легче уходит в грунт. После отдыха в течение
нескольких дней свая приобретает полную несущую способность.
При забивке свай в песчаные плотные я средней плотности грунты частые удары молота
вызывают резкое местное уплотнение грунта под их концами, в результате чего
образуются грушевидные зоны уплотненного грунта, препятствующие дальнейшему
погружению свай (2.2, а). После прекращения забивки грушевидная зона разуплотняется,
и сваю можно забивать дальше. Аналогичные явления наблюдаются также при забивке
свай в глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции.
Грушевидные уплотненные зоны образуются в грунтах с малым коэффициентом
фильтрации. Рассасывание таких зон зависит от условия отжатия воды: чем меньше
коэффициент фильтрации, тем медленнее удаляется вода при уплотнении грунта. Частые
удары молота создают в грушевидной зоне запас потенциальной энергии, под
воздействием которой вода медленно отжимается.
В течение определенного времени запас потенциальной энергии расходуется, давление в
грушевидной зоне и в окружающем грунте сравнивается, и грунт может уплотняться
дальше.
В пластичных глинистых и плывунных грунтах под динамическим воздействием ударов
молота происходит тиксотропное нарушение структуры грунта и, как следствие, его
разжижение. Тиксотропное. изменение структуры грунта создает условия для подъема
воды вверх, вдоль ствола сваи. Гидродинамическое давление воды, движущейся вверх,
также снижает сопротивление грунта погружению сваи. В течение нескольких суток
восстанавливается структура грунта и его сопротивляемость погружению сваи
увеличивается (2.2, б).
§ 4. Определение несущей способности свай пробными нагрузками
Несущую способность осевыми вдавливающими статическими нагрузками можно
определять у всех видов готовых а набивных •свай и свай-оболочек.
Нагрузки могут быть ступенчато-возрастающими, т. е. увеличиваемые ступенями от
начала до конца испытания; циклическими,' т. е. с последовательным чередованием
приложения возрастающих ступеней нагрузки с разгрузкой до нуля.
Для проведения испытаний свай оборудуют специальную установку-платформу,
смонтированную на голове сваи. Платформу закрепляют на специальных опорах с
помощью клиньев, укладывают на нее первую ступень нагрузки, затем клинья удаляют и
ведут наблюдение за осадкой сваи. Измеряют осадку индикаторами перемещений или
прогибомерами, которые позволяют брать отсчеты с точностью до 0,1 мм. Затем
платформу снова расклинивают и операцию повторяют.
В производственной практике широко используют установки с гидравлическими
домкратами и анкерными сваями, число которых определяют расчетом (4—6 шт.).
Анкерные сваи размещают на одинаковой глубине с испытываемыми. Количество
анкерных свай зависит от максимальной нагрузки, применяемой при испытании,
величины предельного сопротивления их выдергиванию и прочности материала на
растяжение. Упором для гидравлического домкрата служит жесткая конструкция.
Расстояния между осями анкерных и испытываемых свай должны быть не менее 6d, где d
— диаметр испытываемой сваи.
Если испытывают сваи большого- диаметра или с уширенной пятой, расстояния в свету
между анкерными к испытываемой сваями должны быть не менее 2d, где d — диаметр
испытываемой сваи, уширенной пяты или лопасти (у винтовых свай).
Для испытания свай применяют, кроме того, установки с грузом, служащим упором для
гидравлического домкрата, а также комбинированные установки, в которых нагрузка
создается как гидравлическим домкратом, так и тарированными грузами.
Нагрузку на испытываемую сваю следует передавать равномерно, без толчков и ударов,
равными ступенями. Величину одной ступени нагрузки назначают равной 1/10—1/15 от
предполагаемого •предельного сопротивления сваи и доводят до величины,
вызывающей осадку не менее 40 мм. В тех случаях, когда предельная осадка зданий и
сооружений не может превышать 150 мм, осадку испытываемой сваи от максимальной
нагрузки можно ограничить размером 20 мм.
Каждую следующую ступень нагрузки прикладывают после того, как прекратится осадка
от предыдущей ступени. Осадку сваи считают практически загасшей, если приращение ее
за 2 ч составляет не более 0,2 мм в песчаных и не более 0,1 мм в глинистых грунтах.
Расчетную величину перемещений вычисляют как среднее арифметическое показаний
двух приборов, установленных симметрично. Предельно допустимые расхождения в
показаниях двух приборов по ГОСТу не должны превышать 50% при осадках менее 1 мм,
30% —при осадках от 1 до 5 мм и 20% —при осадках более 5 мм.
После каждой новой ступени нагрузки делают несколько отсчетов на всех приборах.
Первый отсчет берут тотчас же по приложении нагрузки, затем четыре отсчета с
интервалами по 15 мин, два отсчета с интервалами по 30 мин и далее через каждый час
до тех пор, пока разница в перемещениях за 2 ч наблюдений будет не более 0,1 мм.
Затухание осадки называют условной стабилизацией.
После приложения на сваю максимальной нагрузки ее разгружают ступенями, равными
удвоенным ступеням нагрузки. После снятия каждой ступени нагрузки сваю, забитую в
глинистый грунт, выдерживают в течение 1 ч; сваю, забитую в песчаные грунты, — 30 мин.
Отсчеты на приборах фиксируют соответственно через каждые 30 и 15 мин.
Результаты наблюдений за осадками записывают в журнале пробного испытания свай,
после чего строят график нарастания осадок во времени s = f(t), а затем график
зависимости величины конечных осадок от нагрузки 5 = /(Ф). Такие графики позволяют
определить величину предельного сопротивления сваи Фпр.
Для свайных фундаментов промышленных и гражданских зданий значение Фпр находят
по графику s = f(<P) из условия, что соответствующая осадка А составляет некоторую долю,
от предельно допускаемой осадки для данного здания или сооружения;
А'=Е«пр.ср, (2.14)
где £ = 0,2—-коэффициент перехода от предельно допускаемой величины средней осадки
фундамента здания к осадке сваи, полученной в процессе испытания при условной
стабилизации осадки до 0,1 мм за 1 ч в песках и глинах от твердой до тугопластичной
консистенции и 0,1 мм за 2 ч в глинах текучепластичной и текучей консистенции; «пр.ср —
предельно допускаемая величина средней осадки фундамента проектируемого здания
или сооружения.
Если осадка, определенная по формуле (2.14), окажется Д>40мм, то за предельное
сопротивление сваи Фпр принимают нагрузку, соответствующую Д = 40 мм.
В опорах мостов за предельное сопротивление сваи Фпр принимают нагрузку на одну
ступень меньше той, при которой приращение осадки за одну ступень загружения (при
общей величине осадки более'40 мм) превышает в 5 раз и более приращение осадки,
полученное за предшествующую ступень загружения. Если же нагрузка вызывает осадку,
не затухающую в течение 1 сут и более (при общей величине осадки ее более 40 мм), то
за Фпр принимают данную нагрузку.
§ 5. Несущая способность свайного фундамента
Расчет несущей способности свайного фундамента ведут по прочности свай и ростверка
или по условию прочности основания (первое предельное состояние) и по
деформируемости его (второе предельное состояние). Кроме того, сваи должны быть
рассчитаны по третьему предельному состоянию — на образование трещин.
Несущая способность свайного фундамента из свай-стоек по прочности основания при
любой расстановке свай в плане равна сумме несущей способности отдельных свай.
Несущая способность свайного фундамента из висячих свай ввиду кустового эффекта не
равна сумме несущих способностей отдельных свай.
Свайные висячие фундаменты под воздействием нагрузки от сооружения подвержены
осадкам, которые происходят вследствие деформации грунтов ниже острия. Фундаменты
на сваях-стой-клх практически осадок не испытывают. Поэтому расчет по деформациям
проводят только для свайных фундаментов из висячих свай.
Оборудование для погружения свай
Комплекс работ по погружению забивных свай выполняют копровые агрегаты с
навешанными на них сваепогружающими механизмами. Такие агрегаты Выпускают на
рельсовом ходу — копры рельсовые (КР) и самоходные навесные (СН).
Сваепогружающие механизмы по принципу работы подразделяют на ударные и
вибрационные. К числу ударных механизмов относят механические, паровоздушные и
дизельные молоты.
§ 1. Копровые агрегаты на рельсовом ходу
Копровые агрегаты применяют следующих типов: простые, без поворотной платформы,
для погружения вертикальных свай; полууниверсальные для погружения вертикальных и
наклонных свай; универсальные, с поворотной платформой, для погружения
вертикальных и наклонных свай; мостового типа для погружения вертикальных свай.
В табл. 3.1 приведены технические характеристики рельсовых копров (кроме мостового
типа).
Копровый агрегат на рельсовом ходу состоит из следующих основных узлов: платформы
копра, предназначенной для размещения узла опирания стрелы и тяг крепления, а также
основного оборудования (лебедки, пульта управления, противовеса и др.), направляющей
стрелы, ходового устройства для перемещения копра.
Копровые агрегаты простого типа марок С-427, С-428, С-429, КГ1-В, КП-12 и других
предназначены для погружения вертикальных свай длиной до 32 м молотами с массой
800, 1200 и 1800 кг.
Несмотря на простоту устройства этих агрегатов, незначительную массу применяют их
ограниченно из-за малой маневренности, а также других особенностей эксплуатации,
изложенных'в гл. 4.
П о л у у и и в е р с а л ь н ы е копры отличаются более высоким уровнем механизации
вспомогательных операций по сравнению с копрами простого типа.
На ЗЛ показана схема копрового агрегата ПМК-3-12, предназначенного для погружения
свай массой до 4 т. На полнопово-
ротной тележке / смонтирована рама, к которой крепится мачта 2 с направляющей
стрелой. 3, головка 4 имеет блоки для тросов, идущих к молоту и свае. Мачта раскосами 5
крепится к опорной раме, на мачте подвешен монтажный подстрелок 6. На опорной раме
с противовесом 11 размещены грузовая лебедка 8, монтажная лебедка 9 и механизм
поворота 7. Пусковая аппаратура расположена в кабине машиниста 10. Снизу к раме
подвешены четыре гидравлических домкрата 12. При использовании копра для
погружения металлического шпунта длиной 20 м мачту можно удлинять на 3850 мм путем
установки дополнительной секции.
Мачта поднимается с помощью монтажного подстрелка (на 3.1 эта операция показана
пунктиром). При этом исключается надобность в монтажном кране.
Рельсовые копры с поворотной платформой имеют большее распространение благодаря
их повышенной маневренности. К числу указанных копров относится полноповоротный
копровый агрегат КУ-20, которым погружают сваи длиной до 20 м и массой до 8 т (3.2). В
этом агрегате конструкции опорной рамы и механизмов аналогичны с копром ПМК-3-12.
В заводских паспортах копровых агрегатов на рельсовом ходу указана их
производительность, учитывающая только чистую работу процесса по погружению свай.
Копровый агрегат мостового типа конструкции ЦНИИОМТП предназначен для погружения
сваи длиной до 12 и; особенно он эффективен на строительстве жилых домов с прямолн-
нейными фасадами большой протяженности и при ширине зданий до 14 м (3.3).
На 3.4 показана схема монтажа и транспортировки копрового агрегата мостового типа.
Решетчатая берма моста перемещав ется по рельсовым путям, расположенным на берме
с обеих сторон котлована. По мосту (вдоль него) передвигается тележка копра. На
копре смонтирован механизм для подтаскивания свай под наголовник молота и
устройство, фиксирующее направление сваи при погружении. Копер оснащен
координатко-шаговым устройством с программным управлением, которое можно
настраивать на определенную типовую серию свайного фундамента.
Практика показала, что наилучшие результаты по точности погружения сваи
обеспечиваются при работе копра мостового типа. Для перевода копра в транспортное
положение его перемещают за пределы котлована по инвентарным рельсовым путям.
Мачту копра укладывают на мост с помощью лебедок, имеющихся на копре. Мост
приподнимают гидродомкратами над рельсами и под один его конец подводят
пневмоколеса, а под другой— седельное устройство автомашины. Весь цикл демонтажа и
перевозки копра на новую точку выполняют в течение рабочей смены.
В некоторых строительных организациях применяют навесное копровое оборудование,
монтируемое на кранах и перемещаемое по рельсовым путям. Преимущество такого
агрегата заключается в быстром монтаже навесного оборудования и возможности одним
механизмом выполнить полный цикл работ по сооружению свайного фундамента (табл.
3.2).
§ 2. Самоходные копры на базе тракторов и автомашин
Самоходные копровые агрегаты по сравнению с рельсовым?! копрами имеют
повышенную мобильность, увеличенную маневренность и автономность в производстве
работ. В качестве, баз для самоходных копров применяют гусеничные тракторы, а также
машины на пневмоколесном и автомобильном ходу.
На строительстве продолжают применять копровые агрегаты на базе тракторов,
изготовленных в 1960—1964 гг., в которых применяют двухбарабанные лебедки,
смонтированные на валу отбора мощности трактора. Стрела копра расположена в
торцовой части; агрегат не имеет системы регулирования копровой стрелы. Такие
тракторные копровые агрегаты не обеспечивают требуемой точности погружения свай и
маневренность их ограничена.
Копровые агрегаты СП-28А (С-870) на базе трактора, которыми можно погружать сваи
массой до 2 т, оснащены устройством для боковых наклонов стрелы, механизмами для
подтаскивания и подъема свай (3.5).
Копровый агрегат на базе тракторного трубоукладчика при более рациональном боковом
расположении копровой стрелы имеет большую маневренность, чем агрегат с торцовым
положением стрелы. Агрегат С-714 и выпущенный позже на его базе агрегат СП-49 (С-878)
оснащены устройствами для наклона стрелы вперед — назад и вправо — налево,
механизмами и приспособлениями для подтаскивания сваи на 10—15 м, подъема ее и
контроля вертикальности копровой стрелы. Оснащение приспособлениями копров СП28А я СП-49 позволяет отнести нх -к разряду универсальных копров.
Агрегат КО-16, смонтированный на тракторе Т-130, имеет также боковую навеску.
Увеличение мощности двигателя по сравнению с агрегатом С-878М позволило увеличить
грузовые характеристики копра и применять его для погружения свай длиной до 16 м.
На 3.6 показан копер на базе трактора «Беларусь» для погружения свай длиной до 6 м,
рекомендуемый для применения в сельском строительстве.
Для сооружения свайных фундаментов под опоры линии электропередачи, связи, под
эстакады технологических трубопроводов и на других объектах с малым количеством
свай, при значительной удаленности одного объекта до другого применяют копровые
агрегаты, смонтированные на автомашинах или- пневмоколесных кранах. Агрегат С-678
на базе автомашины МАЗ-200 применяют для погружения железобетонных свай
сечением до 30x30 см и длиной до 8 м (3.7).
В агрегате КО-8 на базе автомашины КрАЗ-257 стрела расположена в задней торцевой
части машины. Гидроцилиндры позволяют наклонять стрелу и переводить ее в
вертикальное положение. Агрегат УСА на базе автокранов К-104 или К-162 имеет
навесную копровую стрелу, шарнирно закрепленную к стреле крана и фиксированную
распоркой к поворотной платформе.
Тракторные агрегаты используют также для вдавливания свай в грунт. Метод вдавливания
свай можно использовать там, где необходимо погружать их вблизи существующих
зданий или сооружений, когда нельзя применить другие методы погружения.
Принцип устройства установки для, вдавливания сваи состоит в том, что на сваю
передается усилие вдавливания домкратами или системой тросовых тяг, под действием
которых свая погружается в грунт.
Агрегат АВС-35 используют для вдавливания сваи длиной 6 м на усилие до 35 т. Он
состоит из двух тракторов С-100 (рабочего и яригрузочного). Общая масса агрегата 42 т.
§ 3. Самоходные копры на базе экскаваторов
Одним из существенных недостатков копровых агрегатов на базе трактора является
конструктивная сложность навесного оборудования, на монтаж и демонтаж которого
требуются значительные затраты труда. Поэтому во время перерывов в свайных работах
базовый механизм, который можно было бы использовать для других работ, простаивает.
Копровым агрегатом на базе экскаватора можно погружать сваи, а при необходимости
(после демонтажа навесного оборудования) выполнять сопутствующие строительные
работы его базовым механизмом.
Навесное копровое оборудование, монтируемое на экскаваторе или монтажном кране,
обеспечивает повышение производительности труда копровщиков за счет большей, чем
на тракторных копровых агрегатах, маневренности; кроме того, оно нетрудоемко в
изготовлении, монтаже и демонтаже. Такое оборудование применяют для погружения
свай массой до 4 т и длиной до 20 м.
В состав навесного оборудования входят: копровая мачта в виде фермы или стальной
трубы, на которой закрепляют направляющие, предназначенные для перемещения
сваепогружающего оборудования, блочная головка с двумя блоками для тросов,
шарнирный узел крепления копровой стрелы к крановой стреле экскаватора, распорная
рама, шарнирно закрепляющая копровую стрелу к поворотной платформе экскаватора.
В .зависимости от технических характеристик базового экскаватора или монтажного крана
выбирают высоту копровой стрелы, длину, массу погружаемых свай, а также тип
сваепогружающего оборудования.
У навесного копрового оборудования на базе экскаватора, по-хазанного на 3.8,
затруднена регулировка положения копровой стрелы, а следовательно, и обеспечение
точности погружения свай. Для устранения этого недостатка с 1973 г. СКБ Мосстроя
совместно с НИИ Мосстроя и СУ-24 Главмосстроя сконструировали и применяют навесную
.самоустанавливающуюся копровую стрелу к экскаватору Э-1254 для погружения свай
длиной до 12 м (3.9).
Копровая стрела выполнена в виде фермы из угловых профилей металла. В средней части
имеется ригель для навешивания этой стрелы на стрелу экскаватора 1. Ригель вместе со
втулкой на оси головных блоков стрелы экскаватора образует кольцевой шарнир.
В нижней части копровой стрелы шарнирно закреплена кулачковая каретка 2 с балкойраспоркой 3. Конструкцией предусмотрено самопроизвольное за счет собственной массы
принятие вертикального положения, фиксируемого эксцентриковыми кулачками от
пневмоцилиндров или ручных кулачковых прижимов.
Точность погружения сваи копрами на базе экскаватора можно повысить применением
навесных копровых стрел, регулируемых специальными гидросистемами (ЗЛО). К их
числу относится копровый агрегат С-860 на базе экскаватора Э-652, предназначенным для
погружения свай длиной до 8 м и массой до 2 т.
В отличие от навесных стрел простейшего типа на копре С-860 в узле соединения
крановой стрелы с копровой имеется шаровой шарнир, а в нижней части стрела
шарнирно крепится к поворотной платформе.
Для работ в северных районах страны выпускают копры марки СП-50С, которыми
погружают сваи массой до 4 т. В качестве базовой машины здесь применен экскаватор
ЭО-5111 АС (северное исполнение). Агрегатом забивают вертикальные и наклонные сваи,
стрелы перемещаются двумя гидроцилиндрами. В комплекте к копру выпускается
оборудование для устройства лидирующих скважин. Это же навесное оборудование
можно навешивать на экскаватор Э-1001.1А для работы в районах с расчетными
температурами наружного воздуха выше —40° С.
В строительстве применяют также, копровые стрелы, подвешиваемые к монтажным
кранам. На 3.11 показана двухшарнир-ная подвесная стрела к экскаваторам Э-1251Б и Э1252Б, применяемая для погружения свай соответственно до 10 и 16 м.
Секции подвешиваемых стрел соединены между собой болтами. Для обеспечения
вертикальности стрела в нижней части соединена с поворотной рамой экскаватора с
помощью телескопической распорки.
§ 4. Сваепогружающие механизмы (молоты)
Применяемые в строительстве сваепогружающие механизмы подразделяют на
механические, паровоздушные и дизельные молоты
Механические молоты изготовляют строительные организации на своих предприятиях.
Практика показала, что при значительных затратах времени на погружение одиночных
свай механическими молотами их суммарная производительность немного ниже, чем у
дизельных и паровоздушных молотов.
Механические молоты можно навешивать на любую конструкцию копрового агрегата.
Оптимальная высота подъема ударной части до 3 м, скорость падения молота 6—7 м/с,
число ударов при наличии расцепляющего устройства 4—5, а при отсутствии его — 3—4
удара в 1 мин (этот последний вариант не рекомендуется).
Серьезный недостаток механического молота — необходимость для каждого удара
опускать и поднимать рабочий трос с молотом. На 3.12 показана схема механического
молота, представляющего собой чугунную или стальную болванку 1, масса которой
определяется необходимыми для погружения свай параметрами. Через болванку
проходят тяги 2 для крепления молота в направляющих мачты 3; к проушине 4
прикреплен рычаг с крючком 6 для подвески молота к грузовому тросу 5. После подъема
молота на расчетную высоту рычагом расцепляют устройство и молот падает на голову
сваи.
Для надежности эксплуатации и упрощения процесса расцепления при сбросе молота
рекомендуется использовать грузозахватное устройство (3.13), применяемое для грузов,
снабженных цилиндрической осью, которое.состоит из корпуса 1, захватных рыча-гов 2,
рычажного фиксатора о и рычага управления 4.
Для изготовления механических молотов можно использовать кроме чугунных баб
стальные литые детали, а также высокопрочный армированный бетон.
Паровоздушные молоты широко применяют для погружения железобетонных свай
массой более 4 т. В этом молоте энергия пара или сжатого воздуха расходуется на подъем
ударной части, которая падает под влиянием собственной массы.
В молоте одиночного действия ударной частью служит корпус-цилиндр / (3.14),
перемещающийся под влиянием пара, поступающего в пространство между крышкой 7 и
неподвижным поршнем 5 по полому штоку 4. При повороте трехходового крана 6 пар
выходит в атмосферу и корпус падает на сваю, не испытывая сопротивления. Для
фиксации молота в направляющих копра служат приливы 8.
В паровоздушном молоте двойного действия ударной частью является поршень, а стенки
служат обоймой молота. В этих молотах пар используется не только для подъема ударной
части, но и для падения ее.
Частота ударов в этих молотах значительно выше и достигает 100 в 1 мин.
На 3.15 показана схема работы молота двойного действия. Внутри чугунного корпуса 1,
состоящего из трех частей, перемещается боек 2 с поршнем 3. Корпус размещен на
опорной плите 8 с планками 9, которые позволяют установить ударную часть молота на
свае. Части молота соединены болтами 4 и крышкой 5. В середине корпуса имеется
золотниковое устройство с отверстием 6 и штуцером, в цилиндрах расположены, клапаны
7.
Пар или воздух через золотниковое устройство и каналы поступает в подпоршневое
пространство и поднимает боек. При подъеме поршня пар уходит через отверстие в
атмосферу, а поршень под действием пара и собственной массы падает вниз и через
опорную плиту передает удар на сваю.
3.IS. Схема паровоздушного молота двойного действия
Молоты двойного действия имеют меньшие размеры по сравнению с одиночными. У них
больший уровень автоматического регулирования работы. Применяют их для погружения
и выдергивания металлического шпунта и свай. Технические характеристики
паровоздушных молотов одиночного действия приведены в табл. 3.6, а молотов двойного
действия — в табл. 3.7.
Паросиловое хозяйство или компрессорные установки, применяемые для работы
паровоздушных молотов, по расходу пара или сжатого воздуха должны соответствовать
параметрам сваепогру-жающего оборудования.
Дизельные молоты работают как двухтактные двигатели внутреннего сгорания. Их
широко применяют для погружения всех типов забивных железобетонных, деревянных и
металлических свай. Удар дизельного молота по свае обеспечивается за счет энергии
сгорания жидкого топлива, передаваемой непосредственно ударной части.
По конструктивным особенностям дизельные молоты подразделяются на штанговые и
трубчатые. В первых ударной частью служит цилиндр дизеля, а у вторых — поршень
дизеля.
Штанговые дизель-молоты широко применяют в строительстве благодаря простоте их
конструкций, удобству эксплуатации и высокой производительности.
Штанговый дизель-молот (3.16) состоит из неподвижного поршневого блока 3,
топливного насоса 4 (смонтированного на поршневом блоке и автоматически подающего
топливо к форсунке поршня), топливного резервуара 5, находящегося в неподвижной
части молота, и цилиндра дизеля 1, перемещающегося по неподвижным штангам 2.
Траверса 6 с оголовником 7 и захватом 8, находящиеся в верхней части молота,
предназначены для его подвески, подъема и отсоединения ударной части с помощью
веревки. В основании молота имеется сферическая пята, передающая энергию удара
свае.
Работа молота проходит по следующей схеме. В момент падения цилиндра (ударной
части) воздух, находящийся в камере сгорания между дном цилиндра и головкой поршня,
сжимается. Упор, расположенный на цилиндре, в момент падения толкает рычаг
топливного насоса, благодаря чему топливо через форсунку подается в камеру сгорания.
Под действием высокой температуры сжатого воздуха в камере сгорания горючее
воспламеняется. Газы, образующиеся при этом, подбрасывают цилиндр вверх и
одновременно передают часть энергии вниз, на сферическую пяту.
Технические характеристики штанговых дизель-молотов приведены в табл. 3.8.
Во всех типах штанговых дизель-молотов имеется воздушное охлаждение, позволяющее
им работать без перерыва при температуре-наружного воздуха —25° С в течение 50—60
мин. Из-за перегрева дизель-молота могут выйти из строя поршневые кольца и цилиндр
зависнет на поршне.
К недостаткам штангового дизель-молота относятся большая металлоемкость его
(полезная масса конструкций составляет 54— 56% от общей массы) и высокая степень
сжатия (£—25~:-30), приводящая к потере части энергии удара на преодоление сил
сжатия газовоздушной смеси.
Основным преимуществом трубчатых дизель-молотов по сравнению со штанговыми
является повышенная энергия удара при тех же параметрах ударной части, что связано с
уменьшением степени сжатия (.£—13-^-14) и большей высотой падения ударной части.
На 3.17 показана схема работы дизель-молота. Поршень 1 лебедкой копра поднимается в
верхнее положение, при этом открываются всасывающе-выхлопные окна 5 и цилиндр 4
заполняется свежей порцией воздуха. Затем поршень разъединяется с кошкой и под
влиянием собственной массы падает. При падении он отжимает рычаг топливного насоса
2, обеспечивая подачу горючей смеси в сферическую часть шабота 3. При дальнейшем
движении поршня вниз он перекрывает всасывающе-выхлопные окна и сжимает воздух,
находящийся в рабочем цилиндре. В результате температура воздуха повышается до
величины, достаточной для самовоспламенения топлива. В нижней мертвой точке
происходит удар поршня по шаботу; энергия удара при этом расходуется на
перемешивание топлива с нагретым воздухом, а также на погружение сваи. При
воспламенении топлива силой давления расширяющихся газов поршень подбрасывается
вверх, и цикл повторяется.
В отличие от штанговых дизель-молотов в трубчатых молотах при ударном распыливании
топливо сгорает после удара, и энергия расширяющихся газов не расходуется на
торможение ударной части. Это существенно повышает эффективность использования
получаемой энергии для погружения свай.
У трубчатого дизель-молота поршень, шабот, наголовник и свая под влиянием удара
движутся вниз, а действие удара еще усиливается взрывом топлива вслед за ударом в
камере сгорания. После
прекращения движения подвижных частей молота цилиндр опускается на фланец
шабота, но жесткого удара за счет амортизатора не происходит.
В трубчатых дизель-молотах нет форсунки, что увеличивает надежность работы
топливной системы. Ударная часть молота — поршень — перемещается в жесткой трубе
большего диаметра.
Топливная система с насосами низкого давления, соединенными с баком гибкими
шлангами, вынесена из зоны удара, проста и работает надежно.
В нашей стране выпускают трубчатые дизель-молоты с водяным и воздушным
охлаждением. В дизель-молотах с воздушным охлаждением при интенсивной .работе на
погружении тяжелых свай, повышенной температуре наружного воздуха снижается
весовой заряд рабочего цилиндра, из-за чего уменьшена высота подъема ударной части и
соответственно ей энергия удара молота.
ВНИИстройдормашем разработана конструкция молота с водяным охлаждением. Он
состоит из отдельных секций, примыкающих к боковой поверхности цилиндра и
соединенных внизу кольцевым баком в зоне у камеры сгорания. Такая система
обеспечивает работу молота при температуре наружного воздуха до 40° С.
Для работы в условиях низких температур, в том числе в районах Крайнего Севера, для
погружения сваи в вечномерзлые грунты разработаны конструкции трубчатых молотов, в
которых степень сжатия повышена с 15 до 20, а все основные детали и узлы выполнены
из сталей, имеющих повышенную ударную вязкость. Работать эти молоты могут лишь на
арктическом дизельном топливе.
В 1977—79 гг. ВНИИстройДормашем совместно со Стерлитамакским заводом освоено
производство модернизированных дизель-молотов С-995А, С-996А и С-1047А. Новые
марки дизель-молотов имеют повышенный моторесурс по сравнению с ранее
выпускаемыми молотами, снижена деформативность быстроизнашиваемых узлов.
За рубежом свайные дизельные молоты выпускают различные фирмы Японии («Кобе»,
«Мицубиси дзюкоге», «Исикавадзнма-Ха-рима дзюкоге»), ФРГ («Дельмаг» и «Менок»),
Великобритании («Линк-Белт»), США («МКТ»).
Принципы действия таких молотов основаны на распылении топлива, предварительно
впрыснутого под действием удара, возникающего при опускании поршня на шабот
молота, а также по методу впрыска топлива с помощью форсунки. Масса ударной части
дизельных молотов колеблется от 0,5 до 7,2 тс, энергия удара соответственно от 1250 до
19500 кгс-м.
Паровоздушные молоты простого и двойного действия выпускаются фирмами США
(«МКТ», «Вулкан», «Сонмако»), Великобритании («Бритиш», «Стил Пайлинг»), ФРГ
(«Дельмаг», «Менок») с массой ударной части от 0,36 до 70,0 тс. Применяют их для
погружения свай и свай-оболочек.
В последние годы в фирмах ФРГ, Швеции, Великобритании, Японии усилились тенденции
применения в качестве базовых машин для копров самоходных серийных экскаваторов
или кранов с гидравлической или канатной системами управления и навесными стрелами
под сваепогружающее оборудование вместо специальных базовых машин.
§ 5. Наголовники на сваи
В целях предохранения материала свай от разрушения во время их погружения при
ударах сваепогружающих механизмов применяют различные типы наголовников.
Изготовляют их клепаными, сварными или из стального литья. В зависимости от
конструкции сваи наголовники имеют квадратное (по размеру сечения сваи) или круглое
сбчение диаметром, равным диагонали прямоугольной или трубчатой сваи. Все типы
наголовников комплектуют с амортизирующими прокладками, выполненными из
твердых пород древесины.
На 3.18, 3.19 и 3.20 показаны наиболее распространенные, наголовники к механическим,
паровоздушным и дизельным молотам. Наголовники подвешивают гибкими тягами и
сваепогружа-ющими механизмами или устанавливают на сваю с фиксацией в
направляющих копровой среды.
Конструкция показанной на 3.21 рамки с наголовником разработана НИИ Мосстроя.
Предназначена она не только для предохранения сван от разрушения, но и для
обеспечения установки сваи в наголовник в процессе подъема.
Наиболее удачным наголовником, разработанным в последние годы, нужно признать
конструкцию НИИ Мосстроя, показанную на 3.22. Она обеспечивает сохранность
металлических конструкций наголовника и длительную работу деревянных прокладок.
§ 6. Отказомеры
Для определения надежности свайного фундамента необходимы достоверные данные об
испытаниях свай, в том числе результаты испытаний динамической нагрузкой (в-случаях,
когда динамические испытания достаточны для оценки несущей способности свай).
В практике строительства для определения величины остаточного отказа сваи, по которой
устанавливают несущую способность, широко применяют геодезические приборы.
К числу геодезических приборов, которые применяют для замеров остаточных отказов
сваи, от-
носится лазерный визир ЛВ-5м, который дает видимую линию визирования в пределах
рабочей зоны. Применение лазерного визира значительно повышает точность отсчета
величины отказа сваи (3.23).
а)
Дефицитные геодезические приборы можно заменить гидравлическим уровнем. В
этом случае резиновый шланг диаметром 8—12 мм и длиной 6—7 м со стеклянными
трубками на обоих концах заполняют подкрашенной жидкостью. Для динамического
испытания берут две сваи — одну испытываемую и любую другую ранее забитую,
находящуюся от первой на расстоянии 3—4 м. На обеих сваях по гидроуровню на
одинаковой отметке наносят риски, после чего ведут испытание сваи ударами одним или
двумя залогами. Затем гидроуровнем отмечают глубину погружения сваи, а мерной
линейкой определяют величину отказа.
дезическими приборами или гидроуровнем невозможно однако установить величину
упругого отказа, что очень важно в связных грунтах тугопластической и пластической
консистенции, когда остаточный отказ может быть весьма малым при очень больших
величинах упругого отказа.
Для одновременного определения величин упругого и остаточного отказа сваи
используют приборы-отказомеры. Наиболее удачными отказомерами следует считать
приборы, разработанные НИИОСП, применяемые в Риге, Москве, Рязани, Калининграде, а
также отказомер конструкции СУ-24 Главмосстроя, разработанный в 1963 г.
В приборе СУ-24 (3.24) приводной механизм заключен в короб, на вертикальном валу
механизма (типа проигрывателя) укреплен барабан, по направляющим вертикально
перемещается ползунок с записывающим устройством. К ползунку подсоединена
телескопическая тяга, прикрепляемая к свае хомутами. Приводом для вращения барабана
может быть пружинный или микроэлектродвигатель.
В момент проведения динамических испытаний свая опускается, телескопическая тяга
передает эти перемещения сваи на ползунок, а записывающее устройство фиксирует на
вращающемся барабане все изменения положения сваи.
В приборе НИИОСПа имеется два барабана, из которых ведущий перемещает ленту с
ведомого барабана (3.25). Запись производится на ленте при перемещении ее
лентопротяжным механизмом. Записывающее устройство, оснащенное-прижимом,
фиксирует изменение положения сваи в момент динамического испытания ее.
Известны также отказомеры конструкции ' Бородавченко и Хирного (НИИОСП и СУ-24),
Русанова (НИИ Мосстроя). Однако при определении отказов этими приборами
невозможно полностью исключить влияние колебания грунта от удара по свае в зоне
установки прибора. Эти колебания грунта, бесспорно, уменьшают точность отказограмм.
Сравнительные испытания свай статической и динамическими нагрузками подтвердили,
что отказомеры позволяют определять с необходимой точностью величины несущей
способности свай.
Работы по погружению свай
Устройство свайных фундаментов по их ответственному конструктивному значению
требует высокой степени организации работ и повышенного внимания к контролю за
качеством их выполнения. Все технологические операции погружения свай и контроль их
несущей способности имеют скрытый характер, проверка исполнения весьма
затруднительна. Кроме того, свайные работы относятся к категории опасных, требующих
четкого выбора всего комплекса основных и вспомогательных механизмов и
непременного соблюдения мероприятий, обеспечивающих безопасное ведение работ.
Все сказанное определяет необходимость тщательной разработки проектов производства
свайных работ, строгого соблюдения технологической последовательности выполнения
их и организации постоянного полевого контроля за качеством исполнения.
§ 1. Испытание пробных свай
В технической и периодической печати много внимания обращалось на недостатки
проектирования и производства работ по погружению забивных свай, в основном
вследствие применения неоправданно завышенных размеров погружаемых свай и
занижением величин принятых расчетных нагрузок на них.
Ошибки проектировщиков и строителей приводят к необходимости срубать головы свай.
Для исключения ошибок в выборе длин свай и допускаемых нагрузок на них СНиП II-17—
77 предусматривает испытание пробных свай на стадии проведения инженерногеологических изысканий. При этом в отдельных случаях, когда площадка строительства
до разработки проекта занята сооружениями или подземными коммуникациями,
испытания пробных свай разрешается проводить после утверждения технического (технорабочего) проекта с обязательной корректировкой его до начала строительства свайного
фундамента.
Из-за сложности осуществления работ по погружению и испытанию пробных свай, а также
специфичности работы геологических изыскательских организаций Госстроем СССР
определен порядок, по которому в необходимых случаях на подрядные строительные
организации возлагаются обязанности выполнения всего комплекса работ по погружению
и испытанию пробных свай.
Все это подчеркивает важность испытания пробных свай до начала массового погружения
рабочих свай. Работы по погружению и испытанию пробных свай выполняют по
техническим заданиям, разработанным проектной организацией.
В техническом задании (4.1) должны быть указаны следующие исходные данные,
позволяющие разработать ППР по испытанию пробных свай: габариты и привязка
проектируемого объекта, гидрогеологические условия площадки застройки, места
расположения мест буровых скважин и точек статического и динамического
зондирования, имеющиеся подземные инженерные коммуникации и расстояния от
ближайших, подлежащих забивке, пробных свай, привязка точек погружения пробных
свай, характеристика таких свай и методы их испытания, а также расчетные нагрузки на
сваи.
Работы по погружению пробных свай и комплексу испытаний их должны вестись по
специальным ППР, разработку проектов производства работ для тех объектов, по
которым строительными организациями получены рабочие чертежи, подлежащие
корректировке после испытаний, можно совмещать с проектом производства работ по
устройству свайного фундамента. В этих случаях, обязательно применение одних и тех же
механизмов для испытания пробных и погружения рабочих свай.
Основное внимание в ППР должно быть уделено вопросам проведения динамического и
статического испытания свай и получению достоверных данных, позволяющих оценить и
откорректировать проектные решения.
В ППР по испытанию пробных свай устанавливают виды базового копрового и
сваепогружающего механизмов, назначают методы проведения динамического
испытания свай до и после их отды* ха, предусматривают мероприятия по обеспечению .
сохранности имеющихся на площадке подземных коммуникаций в процессе погружения
свай.
Результаты испытания и погружения пробных свай оформляют исполнительной
документацией, приведенной на 4.2, 4.3 и 4.4 и в табл. 4.1, на основании которых
проектная организация разрабатывает (или корректирует) проект свайногофундамента.
Рабочий проект, составленный на основании инженерно-геологических изысканий или
откорректированный по результатам испытаний пробных свай, является окончательным
документом, служащим основанием для решения всех вопросов производства свайных
работ. По его данным комплектуют объект забивными сваями, выбирают метод их
погружения и контролируют качество работ.
Выполненные работы по погружению и испытанию пробных свай включаются в объемы
строительно-монтажных работ и оплачиваются по сметам, составленным на основании
разработанных и утвержденных калькуляций.
Длину пробных свай можно определять с помощью инвентарных свай малого сечения.
Более высокая точность обеспечивается при погружении инвентарных металлических
свай, сечение которых равно сечению рабочих свай. Погружают и извлекают инвентарные
сваи станком УК-34-2.
Необходимо отметить, что получаемые материалы отчетов по испытанию пробных свай
служат хорошим материалом не только для корректировки проекта, но и для
последующих анализа и обобщений.
Проектным и строительным организациям следует систематически накапливать
результаты работы свай в грунтах данного района, так как сопоставление этих данных
позволит принимать более обоснованные технические решения и уменьшит объем работ
по испытанию свай.
§ 2. Рекомендации по выбору копров
Кроме различных типов копровых агрегатов, выпускаемых на специализированных
заводах строительными ведомствами, разработаны конструкции копров, применяемых в
местных условиях.
Копровые агрегаты выбирают с учетом конструкций фундаментов (заглубленные ниже
существующих отметок грунта или без заглублений) , а также проектного решения
свайного поля (однорядное, многорядное, кустовое расположение свай, вертикальные
или наклонные сваи).
Базовые машины для свайных работ подразделяются на следующие: рельсовые копры
без поворотной башни для погружения вертикальных свай длиной до 12 м; рельсовые
копры с поворотной башней для погружения вертикальных и наклонных свай длиной до
20 м; копры на базе тракторов для погружения вертикальных и наклонных свай длиной до
16 м; копры навесные на базе экскаваторов для погружения вертикальных свай длиной до
16 м; копры мостового типа для погружения вертикальных свай длиной до 12 м; копры на
автоходу для погружения вертикальных свай длиной до 8 м.
Рассмотрим вариант применения рельсового копрового агрегата простого типа (без
поворотной башни). На 4.5 показана схема разработки котлована для работы указанных
машин. Копер'монт тируется непосредственно в котловане (наиболее выгодный случай) у
продольной оси здания. Для погружения свай на последующих осях пути под копер
перемещают вдоль поперечной оси фундамента здания.
Погружение свай по всему свайному полю обеспечивается при условии увеличения
длины котлована на ширину платформы копра и расширения его на'длину платформы.
При использовании копров данного типа неоправданно увеличивается объем земляных
работ (заштрихованная часть котлована), проведение динамического испытания
контрольных свай после отдыха требует значительных трудовых затрат, связанных с
передвижкой путей для его перемещения. Поэтому использовать этот копер для
устройства заглубленных свайных фундаментов не рекомендуется.
Рельсовые копры полууниверсальные работают по схеме, идентичной схеме работы
рельсового копра простого типа, так как они не имеют поворотной башни.
На 4.6 показана схема разработки котлована с применением рельсового копра
универсального типа. В этих типах копров башня может поворачиваться на 360°, что
позволяет увеличить количество свай, погружаемых с одной стоянки, сократить
количество перемещений копрового агрегата и передвижек рельсового пути.
При применении рельсовых копров необходимо расширять котлован для погружения
крайнего ряда свай и затруднительно проводить контрольные динамические испытания
свай после отдыха. Использование универсальных копров резко увеличивает трудовые
затраты на их монтаж и транспортировку. Поэтому, несмотря на большую маневренность
агрегата, использовать его для устройства заглубленных свайных фундаментов
нецелесообразно. Исключением являются случаи, когда необходимо погрузить тяжелые
сваи длиной более 16 м, или наклонные.
Для работы копра на тракторе с торцовым положением стрелы котлован следует уширять
по крайним наружным осям на половину ширины трактора (4.7), а по одной торцовой оси
—на длину копра.
При использовании тракторного копрового агрегата с боковым расположением стрелы
требуется увеличивать длину котлована на длину базы копра.
По технологическим возможностям тракторного агрегата им невозможно проводить
динамические испытания рабочих свай после их отдыха. Учитывая необходимость в
переходах копра к каж-. дон свае, что ухудшает грунтовое основание под механизмами, а
также упомянутые выше сложные условия работы, рекомендовать тракторный копер для
устройства заглубленных фундаментов не следует.
Копровые агрегаты на базе экскаваторов применяют в отечественной практике весьма
широко. На 4.8 показана схема разработки котлована копровым агрегатом на базе
экскаватора. Основным преимуществом этого агрегата является большая маневренность,
позволяющая с наименьшим количеством перемещений погружать с одной стоянки не
менее 8—10 свай, что обеспечивает высокую производительность труда.
Для динамического испытания контрольных свай этим агрегатом после их отдыха
требуются наименьшие по сравнению с копрами других типов затраты труда и времени
работы механизмов.
Положительными качествами агрегата на базе экскаватора являются также автономность
его работы, простота монтажа и демонтажа навесного оборудования (4.9), сокращение
потребности во вспомогательных механизмах, минимальные затраты на дополнительные
земляные работы (только на устройство пандуса для въезда копра в котлован).
Копровыми агрегатами мостового типа на рельсовом ходу можно погружать сваи с
соблюдением всех требований СНиПа к технологии работ и полевому контролю за их
качеством.-Конструктивное решение копра обеспечивает высокую маневренность,
простоту монтажа и транспортировки.
Недостатком агрегата является потребность в электроэнергии, что ограничивает их
применение.
Копровые агрегаты на автомобилях пригодны для погружения свай на линейных
объектах. Применять такие агрегаты целесообразно при наличии разбросанных площадок
с малыми объемами работ, когда не требуется высокая точность погружения свай. Такой
агрегат маневренеы только, при транспортировке, при забивке же свай его
маневренность низка и не обеспечивает точности погружения.
Погружать сваи для устройства незаглубленных фундаментов можно всеми видами
копровых агрегатов. При выборе их необходимо исходить из технологических требований
к качеству работ, конструкции свайного поля и экономических соображений.
В табл. 4.3 приведены общие соображения для выбора копрового оборудования в
зависимости от условий работы и конструкций свайного фундамента. В ней указана
средняя производительность копров по забивке свай длиной до 12 м с количеством их на
одной площадке 400 шт. при односменном режиме работы.
В расчет производительности кроме процесса погружения свай включены по удельному
весу трудовых затрат работы по монтажу, демонтажу, транспортировке копра и
контрольному динамическому испытанию рабочих свай после их отдыха (2% от общего
объема свай на площадке).
С учетом изложенного можно сделать следующие выводы: копровые агрегаты на базе
экскаватора наиболее экономичны, они обеспечивают высокую производительность
труда и пригодны для погружения свай массой до 4 т для всех конструкций свайных
фундаментов; копровые агрегаты на базе тракторов эффективны при устройстве
незаглубленных свайных фундаментах и при однорядном положении свай.
Для погружения свай массой более 4 т на расчетные нагрузки порядка 80 т и более, для
чего требуются тяжелые молоты массой ударной части более 5 т, целесообразно
использовать полуунивер-сальиые или универсальные рельсовые копры.
Для устройства свайных фундаментов из коротких свай при незаглубленных фундаментах,
погружения свай-колонн сельскохозяйственных объектов целесообразно применять
тракторные копровые агрегаты с гидравлическим управлением копровой стрелой.
Материалы табл. 4.3 можно использовать при составлении заказа на копровое
оборудование, для определения потребности в коп-
ровых агрегатах на стадии разработки проектов организации строительства и ППР.
Указанные рекомендации нуждаются в корректировке с учетом особенностей
конструкций свайных фундаментов, возможностей получения оборудования, имеющихся
гидрогеологических условий площадок и опыта работы в условиях региона. В любом
случае, вопросам правильности выбора сваебойного оборудования должно уделяться
особое внимание, поскольку качество работ и надежность свайного фундамента в
значительной степени зависит от характеристик и особенностей эксплуатации
применяемого оборудования.
§ 3. Рекомендации по выбору сваепогружающего оборудования
Сваепогружающее оборудование выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить
погружение свай на проектные расчетные нагрузки и эффективность работы его в
конкретных условиях.
При выборе сваепогружающего механизма для выполнения конкретных работ
необходимо иметь в виду возможность применения на одних и тех же базовых машинах
большинства молотов при незначительных доработках отдельных узлов механизмов
(направляющие стрелы, узлы фиксации сваепогружающего механизма на направляющих
стрелах, подвески). При значительных объемах работ необходимо подбирать базовый
механизм по условиям технологии работ, а сваепогружающнй механизм — по условиям
погружения сваи. Тогда затраты на доработку узлов будут оправданными.
По технологическим особенностям можно рекомендовать применять: паровоздушные
молоты одиночного действия — для погружения свай массой более 4 тс; паровоздушные
молоты двойного действия — для погружения свай на строительстве гидротехнических
сооружений, выдергивании шпунта; дизельные молоты штанговые— для погружения
свай массой до 4 тс; дизельные молоты трубчатые — для погружения свай массой от 1,5 тс
и выше; механические молоты —для погружения свай массой до 4 тс.
§ 4. Технология погружения свай
Технология свайных работ определяется конструктивными особенностями свайного
фундамента, выбранными для производства работ механизмами и требованиями охраны
труда и техники безопасности.
Ниже рассмотрена технологическая последовательность основных работ для погружения
забивных свай.
Подготовительные работы. Объемы и перечень подготовительных работ определяют в
проекте организации строительства и проекте производства работ.
До начала строительства строительную площадку ограждают. Генподрядная организация
должна получить разрешение ведомств, эксплуатирующих подземные и надземные сети
и коммуникации, на право производства строительных работ. Если инженерные сети и
коммуникации остаются для эксплуатации на период строительства, до начала основных
работ необходимо принять меры, обеспечивающие сохранность их.
Для обеспечения сохранности подземных коммуникаций от деформаций, возникающих
при погружении свай, минимальные расстояния от мест забивки до действующих сетей
должны быть: для газопроводов — не менее 12 м; для водопроводов — не менее 8 м; для
канализаций — не менее 9 м; для подземных кабелей — не менее 6 м.
Надежно, обеспечить сохранность сетей при сближении их с погружаемыми сваями
невозможно, поэтому наиболее приемлемой следует считать перекладку их в безопасные
зоны. Если это невозможно, целесообразно отрыть сети и закрепить их на период
производства работ. В этих случаях длину отрытых участков сетей принимают равной
безопасной зоне, при которой коммуникации не будут воспринимать усилия вибрации
грунта, возникающие при погружении свай.
Технические решения по обеспечению сохранности существующих зданий и сооружений
принимают в рабочих чертежах. К числу таких мероприятий относится устройство
шпунтовой стенки.
На стадии подготовительных работ сносят здания и сооружения, находящиеся в зоне
свайных работ, предварительно отключив подземные сети и коммуникации. При сносе
таких зданий необходимо разобрать и их фундаменты, ибо иначе невозможно обеспечить
погружение свай в проектное "положение и приходится увеличивать количество
забиваемых свай, расширять ростверки и перерасходовать металл на их устройство.
В тех случаях, когда невозможно полностью разобрать старые фундаменты, необходимо
составить схему их расположения с указанием глубины и габаритов заложения. До начала
погружения свай нужно согласовать с проектной организацией решение по устройству
свайного фундамента на этом участке,
Геиподрядная организация до начала строительства обязана обеспечить подводку к месту
забивки свай временной электросиловой и осветительной линии, а также устройства для
откачки и сброса вод и снижения уровня грунтовых вод.
После завершения перечисленных работ приступают к разбивке осей здания и рытью
котлована. До начала земляных работ на площадке делают разбивку на местности
главных осей зданий, а затем габаритов котлована.
Габариты для рытья котлована определяют с учетом механизма, выбранного для работы
по погружению свай. Например, габариты котлована для одного и того же здания будут
различными в зависимости от принятых механизмов — копрового агрегата на базе
трактора с торцовым расположением стрелы и агрегата на базе экскаватора. Створные
знаки и реперы при разбивке должны быть вынесены за пределы котлована на
расстояния порядка 8—10 м.
Разбивка свайного поля заключается в переносе в котлован сперва основных и
промежуточных осей зданий, а затем в определении положения каждой сваи согласно
рабочему проекту в последовательности, принятой в ППР. Места положения свай на
местности закрепляют металлическими штырями длиной 200— 250 мм диаметром 8—10
мм или деревянными кольями длиной 200— 250 мм и сечением, позволяющим погрузить
их на глубину 150— 200 мм.
В зависимости от конструкции фундамента, его габаритов и количества свай составляют
схему разбивки свайного поля. Разбивать все свайное поле до начала работ не всегда
целесообразно, так как при большом количестве свай разбивка может быть нарушена в
процессе работы.
Правильность разбивки осей в процессе работ нужно регулярно проверять. Допустимые
отклонения от проектных положений осей не должны превышать 1 см на 100 м ряда.
При разбивке свайного поля и переносе осей на площадку применяют теодолит и мерные
ленты. Высотные отметки от имеющихся постоянных реперов выносят с помощью
нивелира, а переносят их от одной сваи к другой с помощью нивелира или
гидравлического уровня. Материалы привязки базовых и основных осей свайного
фундамента, геодезической опорной сети оформляют актом приемки, к которому
прикладывают соответствующую исполнительную документацию. При погружении свай с
подмостей оси и места погружения их закрепляют непосредственно на подмостях.
Анализ отчетных материалов строительных организаций показал, что более 40% случаев
отклонения свай от проектного положения сверх установленных допусков связано с
некачественной разбивкой свайного поля. Поэтому вопросу привязки и разбивки
свайного поля должно быть уделено особое внимание и созданы условия для
постоянного контроля за сохранностью разбивки на весь период погружения свай.
После завершения земляных работ и до начала разбивки свайного поля дно котлована
или основание площадки планируют и при необходимости укрепляют его балластным
слоем из песка, щебня, шлака или другого материала. В это время завозят оборудование,
принятое для погружения свай.
При использовании рельсовых копров рельсовые пути укладывают с учетом
минимального количества рихтовок. В зависимости от конструкции копрового
оборудования применяют рельсы типа от Р-38 до Р-50 (можно применять и старогодиые
рельсы). Отдельные звенья рельсов со шпалами или полушпалами длиной 1,4 м ук-
ладывают на балластный слой, нивелируют их высотное положение и проверяют
плановое, после чего звенья рельсов скрепляют. Материал для устройства балластного
слоя выбирают с учетом массы копра, свай, а также плотности грунта в основании пути.
После завершения устройства путей под рельсовые или мостовые копровые агрегаты
приступают к монтажу на них базовых машин. Самоходные копры монтируют в котловане
или вблизи него.
Перечень подготовительных работ для проведения испытаний пробных свай можно
изменять в зависимости от времени их проведения. При предпроектном испытании свай
уменьшается объем подготовительных работ вследствие уменьшения геодезических
работ, строительства временных дорог и площадок, так как копровый агрегат потом
демонтируется и с площадки увозится.
После выдачи рабочих чертежей подготовительные работы выполняют в полном объеме;
организовать их нужно так, чтобы копровый агрегат без демонтажа с минимальным
простоем мог приступать к выполнению основного задания. Это возможно в тех случаях,
когда в результате испытания пробных свай корректируют только длину свай без
изменения конструкции свайного поля.
Для проведения испытания пробных свай их завозят на площадку в ограниченном объеме
и номенклатуре, определенными в проекте. Если пробные сваи испытывают только для
корректировки рабочих чертежей, то массовый завоз свай начинают сразу же после
уточнения их конструкции и принятых длин.
Комплектация объектов сваями — очень важный этап производства. Многочисленные
примеры показывают, что только из-за неудовлетворительной организации
комплектации свай на объектах допускаются излишества в расходовании железобетонных
свай. Завозить сваи необходимо начинать сразу же после корректировки рабочих
чертежей, что дает возможность максимально приблизить размеры применяемых свай к
требуемым по гидрогеологическим условиям площадки.
В Москве, Ленинграде, Рязани, Риге, Уфе и других крупных городах организованы
комплектовочные склады, имеющие месячный, запас свай разных размеров, что
позволяет сразу же после заявки приступить к завозу на площадку свай нужных размеров.
Перспективным является опыт применения составных свай, позволяющий регулировать
длину их только доборными верхними элементами.
При размещении склада свай для подачи их в котлован кранами нужно обеспечивать
наименьшие допустимые расстояния от подошвы откоса до ближайшей опоры машины,
приведенные в табл. 4.5 (по материалам ЦНИИОМТП).
При работе с применением мостового рельсового копра склады свай располагают в зоне
его действия. При использовании рельсовых, копров склады целесообразно размещать
вдоль продольных осей с возможностью подтаскивания свай на себя. Тракторными и
экскаваторными копрами можно подтаскивать сваи через отводные блоки сбоку и на
себя. Этот же прием возможен с помощью копра мостового типа.
На площадках у котлована сваи укладывают раздельно по длине и типу конструкции.
Высоту штабеля свай определяют в ППР в зависимости от количества свай на площадке,
их марок и метода подачи в котлован к копровому агрегату.
Хранят железобетонные сваи квадратного и прямоугольного сечения в штабелях, где
каждую сваю опирают на две деревянные прокладки, расположенные вблизи подъемных
петель по одной вертикали. Толщина прокладок должна превышать размеры монтажных
петель и быть не менее 4—5 см при ширине более 15 см.
Устраивать склады свай в котлованах (траншеях) не допускается, за исключением случаев,
предусмотренных ППР, в котором должны быть определены места складирования,
высота штабеля, места проездов между ними и другие мероприятия, обеспечивающие
удобное и безопасное выполнение работ.
Разгружают сваи с транспортных средств и укладывают в штабеля при длине их до 7 м
двухветвевыми стропами, а при длине 8 м и более — траверсами.
Подача свай, к копру и подъем их. Сваи подают в котлованы и раскладывают у мест
погружения по схемам, приведенным в ППР.
При работе копра мостового типа сваи подают в котлован и раскладывают самим
копровым агрегатом, оснащенным специальными приспособлениями. Опускают сваи в
котлованы при заглубленных фундаментах, когда погружение производится рельсовыми
или тракторными копрами, кранами, располагаемыми у котлованов.
Копровые агрегаты на базе экскаватора обычно не применяют для подачи сваи в
котлован. В исключительных случаях главный инженер строительной организации в ППР
может дать разрешение на опускание свай в котлован такими копрами.
Копровый агрегат на базе экскаватора с навесной стрелой выполняет операции по
подъему свай из штабеля, перемещению копра для раскладки их в котловане по схеме,
показанной на 4.10. Во время выполнения этих работ молот находится в нижней части
стрелы и должен быть жестко закреплен в направляющих.
Поднимать сваю на копер и заводить ее в наголовник можно отдельным тросом копра с
земли. При такой схеме в момент подъема свая принимает наклонное положение,
позволяющее поворотом ее монтажным ключом подвести голову сваи в полость
наголовника. После заводки в наголовник сваю устанавливают на точку забивки и рихтуют
перемещением копровой стрелы до занятия ею вертикального положения.
На 4.12 показан способ подтаскивания свай копровым агрегатом на базе трактора, а на
4.13 — копром на базе экскаватора.
Строповать сваи перед подъемом на копер можно непосредственно за монтажную петлю
с помощью свайного троса с обязательной установкой дополнительного страховочного
стропа способом «на удавку», располагаемого у фиксирующего штыря сваи (4.14).
На 4.14 показаны различные схемы строповки свай и шпунта перед подъемом их на
копер, которые нужно выполнять в соответствии с нормами, обеспечивающими
безопасность производства работ без перегрузки тросов и конструкции копрового
агрегата. На 4.15 и в табл. 4.6 указаны допустимые отклонения.троса от вертикали при
подъеме сваи на копры экскаваторного типа.
Ускорить процесс подъема сваи можно применением поворотной рамки, свободно
подвешенной к наголовнику сваепогружающего механизма (см. 3.21). Использовать такой
способ разрешается только при условии достаточной грузоподъемности лебедки и троса,
на котором подвешен молот.
При работе копра поворотной рамкой молот опускают в нижнее положение. Сваю,
подтянутую к копру, приподнимают свайным тросом и под нее укладывают деревянную
прокладку. Жесткие тяги, шарнирно закрепленные на наголовнике молота вместе с
рамкой, надевают на сваю, от рамки идут гибкие тросовые подвески для строповки сваи.
При подъеме рамка фиксирует положение сваи, обеспечивая заводку ее в наголовник. На
4.16 показаны различные схемы подъема сваи наголовниками. Все эти схемы увязаны с
конструкцией свай, типом сваепогружающего механизма и конструкцией наголовника.
Погружение свай. Перед подъемом сваи на копер ее нужно разметить краской на метры,
а на последнем метре — на дециметры.
В комплексе работ, выполняемых копровым агрегатом, время,, затрачиваемое на процесс
погружения сваи, занимает 20—25%, а в общих трудовых затратах на устройство свайного
основания — не более 9—10. Но именно этот отрезок времени венчает результат работы
и качество его выполнения.
Установленную копром сваю перед погружением проверяют на точность положения.
Вертикальность положения сваи проверяют имеющимися на копрах приспособлениями.
Положение сваи регулируют перемещениями стрелы копра без снятия с нее
погружающего механизма. Первые удары по свае наносят с минимальной энергией
удара. Погружается она от одного удара на 5—10 см.
После погружения сваи на 50—80 см проверяют ее положение и при необходимости
производят рихтовку сваи и стрелы. Этот начальный процесс погружения очень важен,
ибо при любом, даже самом совершенном механизме, точность погружения зависит от
начального фиксирующего положения сваи в грунте, обеспечивающего точность
направления ее.
Правильное положение направляющих копровой стрелы, в момент погружения по
которой перемещается молот, и полученное после заглубления на 1,0—1,5 м направление
обеспечивают точность положения сваи после забивки.
Потери времени на замедленное погружение свай в начальный период (1,5—2,5 мин)
компенсируют значительные трудовые затраты, связанные с ликвидацией последствий
из-за недопустимых отклонений свай. Поэтому увеличение времени на замедленное
погружение их в начальный период является одним из важных средств повышения
точности погружения свай.
После обеспечения правильной фиксации сваи в грунте дальнейшее погружение будет
проходить в режиме работы сваепогружающего механизма до момента получения сваей
расчетных отказов.
В момент погружения сваи погружающий механизм должен быть зафиксирован в
направляющих стрелы копрового агрегата и свободно посажен на сваю. Поэтому в
течение всего периода погружения трос, на котором подвешены молот и свая, должен
иметь запас длины (слабину) с учетом возможной глубины погружения сваи и опускания
молота при ударах.
Весь процесс погружения с подсчетом количества ударов молота по свае на каждом
метре погружения заносят в журнал забивки свай.
После окончания погружения производят динамическое испытание сваи одним залогом в
10 ударов с замером величины отказа.
Нормативными документами по устройству свайных фундаментов предусмотрена
необходимость проведения контрольных испытаний рабочих свай Е объеме 2% от их
общего количества. Поэтому технологическая схема погружения сваи должна учитывать
минимальное количество перемещений копра и в то же время обеспечивать такую
последовательность работ, чтобы после установленного нормами отдыха можно было
произвести динамическое испытание любой из погруженных свай.
Контрольные испытания сваи производят с целью проверки соответствия данных,
полученных при испытании пробных свай с контрольными рабочими сваями. Поэтому нет
необходимости испытывать рабочие сваи с использованием отказомеров для
определения упругого и остаточного отказов, а достаточно лишь получить данные о
соответствии остаточного отказа в пробных и рабочих сваях.
§ 5. Погружение свай в сезонно-мерзлые грунты
На погружение свай в сезонно-мерзлые грунты требуются дополнительные затраты труда
и средств механизации. Поэтому при разработке ППР необходимо стремиться погружать
сваи в талый грунт или до промерзания его на глубину 20—30 см. Для промерзания грунта
на такую глубину при температуре наружного воздуха —30° С требуется 6—10 дней, т. е.
времени, достаточного для погружения 100—150 шт. свай. Следовательно, при
разработке ППР целесообразно совмещать подготовительные мероприятия по устройству
свайного основания без проведения специальных работ по погружению свай в сезонномерзлые грунты.
Если необходимо выполнять свайные работы в сезонно-мерзлым грунтах, обязательно
проводят мероприятия, обеспечивающие целостность конструкции свай и требуемую
точность их погружения.
Механическая прочность сезонно-мерзлых грунтов зависит от содержания в них воды, от
температуры наружного воздуха, связности частиц и физико-механических свойств
грунтов. Так, при температуре наружного воздуха —10° С временное сопротивление
мерзлых суглинков составляет 35—50, супесей — 55—80 и песков — чо 120 кг/см2.
При наличии достаточно мощных сваепогружающих механизмов можно пробить сваей
толщину мерзлых грунтов, однако при этом в них образуются трещины, околы, размеры и
направления которых не поддаются закономерностям и не позволяют заранее
определить направление сваи при ее погружении.
скважин в точках погружения или в оттаивании грунта на глубину его промерзания.
Наиболее прогрессивный и распространенный способ образования лидирующих скважин
— применение трубчатой лидирующей желонки, предложенной в 1961 г.
Лидирующая желонка (4.17) состоит из корпуса 1, изготовленного из стальной трубы
толщиной 12—19 мм, верхняя часть трубы заглушена пластинкой 2. Режущая часть
желонки (узел А) с ножевым окончанием
имеет утолщение на высоту 7,5 см. В трубе сделано отверстие и к внутренней полости
приварен отражатель 3.
Наружный диаметр трубчатой желонки на 1—2 см меньше наибольшей стороны сваи,
длина ее на 40 см больше нормативной глубины сезонного промерзания грунта в данном
районе. Ножевая часть желонки утолщена путем наварки по всему периметру трубы
полосы из высокопрочной стали толщиной 10—12 мм.
Погружение и все последующие операции по устройству лидирующей скважины
осуществляются тем же копровым агрегатом, который применяется для погружения свай.
Во время погружения желонки происходит разрыхление мерзлого грунта, который по
мере заглубления желонки выталкивает имеющийся в ней рыхлый грунт через
отражатель наружу. Извлечение желонки из грунта облегчается за счет того, что диаметр
образованной скважины на 2—3 см более диаметра ствола желонки.
Погружать лидирующую желонку необходимо на глубину, равную 0,8—0,85 глубины
промерзания грунта. В этом случае обеспечивается вытаскивание желонки из грунта и
очистка ее после окончания работы. При погружении желонки в талый грунт в полости
трубы образуется грунтовая пробка высокой плотности, которую весьма затруднительно
потом освободить из желонки.
Лидирующие скважины рекомендуется устраивать перед началом работы смены
копровщиков в объеме, предусмотренном для сменной производительности копрового
агрегата по погружению свай.
На строительных площадках с толщей из смерзшихся насыпных грунтов (смесь
строительного мусора и грунтовых отвалов) применение трубчаток лидирующей желонки
может оказаться неэффективным. В этих случаях рекомендуется использовать
подпружинный клин конструкции НИИ Промстроя (4.19).
Для проходки лидирующих скважин под сваи отдельных конструкций (под опоры ЛЭП,
линии связи, эстакады под наружные трубопроводы) можно применять различные
буровые машины вращательного и вибрационно-ударного бурения. Производительность
этих машин в значительной мере зависит от конструкции режущего инструмента.
Наиболее эффективны режущие буры с резцами из твердых сплавов. При расположении
резцов с интервалом в 25— 30 мм можно скалывать грунт вместо резания его, что
облегчает режим работы агрегата. Наличие съемных резцов вместо сплошного режущего
ножа упрощает ремонт бура и повышает эффективность его применения.
Наиболее сложна операция установки агрегата на точку, особенно при многорядном или
кустовом расположении свай. По этой причине применять такие машины в условиях
гражданского и промышленного строительства нецелесообразно. В табл. 4.7 приведены
затраты времени на-устройство лидирующих скважин разными механизмами.
В табл. 4.8 приведены данные об экономической эффективности устройства лидирующих
скважин различными механизмами при сменной производительности 20 шт. свай
сечением 30x30 см на глубину 1,5 м.
В тех случаях, когда по различным причинам лидирующие желонки невозможно
использовать, целесообразен метод отогрева грунта. Сущность способов оттаивания
сезонно-мерзлых грунтов заключается в передаче от теплоносителей к грунту тепловой
энергии, вызывающей расплавление льда, содержащегося в мерзлых грунтах.
Для устройства лидирующих скважин рекомендуются методы электропрогрева грунта
электродами, тепловыми электронагревателями (ТЭНы) и прогревания его с помощью
газовых горелок и др.
В зависимости от применяемого метода прогрева грунт можно оттаивать по схеме «снизу
— вверх» или «сверху — вниз».
Для отогрева сезонно-мерзлых грунтов применяют вертикальные ТЭНы, перед установкой
которых в грунтах бурят шпуры диаметром 40—80 мм на глубину не менее 4/s толщины
слоя мерзлого грунта. Бурение шпуров производят буровыми установками, термобурами,
ручными или колонковыми электросверлами. Для этих же целей можно использовать
ручные электросверла, смонтированные на одноосном прицепе (4.20).
ТЭН (трубчатый электронагреватель) состоит из V-образной стальной трубки диаметром
12 мм с вмонтированными нагревательными элементами (нихромовая
спираль)7"изолированными от стальной трубки магнезиальной набивкой. Выводы
спирали подведены к клеммам, защищенным фарфоровыми изоляторами (4.21).
ТЭНы, установленные в шпуры, не следует засыпать песком, а рекомендуется прикрывать
различными утеплителями, что улучшает теплообмен между ними и массивом грунта.
Процесс оттаивания грунта в диаметре 35—40 см протекает в течение 8 ч, после чего
производится четырехчасовое термосное выдерживание грунта при отключенных ТЭНах.
Грунт может оттаивать и более длительное время. Для этих случаев рекомендуется
процесс: прогрев 8 ч+термосное выдерживание 4 ч+прогрев и т. д. Стоимость оттаивания
1 м3 мерзлого грунта 0,9—1,5 руб.
Подключать ТЭНы следует через понижающие или сварочные трансформаторы. При
отсутствии последних ТЭНы можно подключать к городской электросети напряжением
220/380 В.
Для оттаивания мерзлых грунтов применяют также электронагреватели инфракрасного
излучения, которые устанавливают в предварительно пробуренные шпуры.
§ 6. Погружение свай-колонн
Свайные опоры под промышленные здания даже при небольших нагрузках обычно
размещают кустами не менее чем из двух свай в каждом. Для такой конструкции
требуется устраивать ростверк в качестве основания под колонну.
В 1967 г. Главмособлстрой в содружестве с ЦНИИПсельстроем предложили для зданий
сельскохозяйственного назначения безрост-верковую конструкцию свай-колонн.
Благодаря высокой эффективности на строительстве промышленных объектов, особенно
сельскохозяйственного назначения, сваи-колонны широко применяют для многих
объектов. Типовые проекты разработаны с их использованием.
На объекте, где должны быть применены сваи-колонны для разработки технической
документации, инженерно-геологические изыскания должны быть выполнены в объеме,
предусмотренном СКиП П-17—77, причем количество буровых скважин на одном объекте
при наличии однородных грунтов необходимо делать не менее трех. При неоднородных
грунтах число скважин должно обеспечить исследование свойств грунтов и установить
кровлю залегания несущих' слоев с целью определения несущей способности свай и их
длины.
Длину свай-колонн назначают из условия, что острие их должно, быть заглублено в
несущий малосжимаемый слой грунта не менее 2,5 м от отметки подошвы рандбалки и 3
м от отметки пола. В табл. 4.9 приведены показатели несущей способности свай-колонн в
различных грунтовых условиях (схема индексов показана на 4.22).
В качестве свай-колонн применяют типовые сваи квадратного сечения, полнотелые или с
круглой полостью с дополнительными закладными деталями для крепления опорных
металлических столиков под стеновые панели, фермы покрытий, для монтажа связей и
других ограждающих конструкций. ,
Сваи-колонны с круглыми полостями используют в- грунтах средней плотности, глинистых
грунтах при консистенции /^ = 0,25—0,5, а полнотелые — в любых грунтовых условиях.
Практика показала, что наиболее рациональны сваи-колонны длиной до 8 м с несущей
способностью в пределах 15—23 т. При таких нагрузках имеется возможность с большой
точностью погрузить сваи до требуемой отметки и обеспечить необходимое плановое
положение ее. После погружения рабочих свай-колонн необходимо провести
динамические испытания их (не более 5 одиночных ударов в залоге). Размеры расчетных
отказов свай-колонн приведены в табл. 4.10.
Для большинства зданий сельскохозяйственного назначения с пролетами 15—21 м
расчетные нагрузки на сваю-колоину увеличены до 40 тс. На таких объектах широкое
применение нашли сваи-колонны с консолями, забиваемыми в грунт.
расчетные сопротивления грунта под консолями, тс/м2, сваи, погружаемых на глубину
0,5—1,0 м, принимаемые по табл. 4.11; FK — площадь проекции консолей на
горизонтальную плоскость, м2.
Статические и динамические испытания таких свай-колонн, в том числе на слабых и
просадочных глинистых грунтах с консистенцией 0,45—0,65, показали, что они
воспринимают вертикальную нагрузку в 1,5—2 раза большую, чем призматические сваи.
Практика показала, что при внедрении в грунт забивных консолей в момент забивки свайколонн в 5—10 раз уменьшается скорость погружения, что способствует повышению
точности забивки их. С 1980 г. в Ростовской, Московской, Новосибирской областях, в
Узбекской ССР фундаменты под трехшарнирные рамы для строящихся предприятий
сельскохозяйственного назначения выполняют из свай таврового сечения (4.24). Такие
сваи изготовляют длиной от 3 до 5 м, высота ребер и ширина полки колеблется от 0,5 до
0,8 м, вылет консоли равен 0,4 м.
Опирание пяты рамы с эксцентриситетом относительно центра тяжести сваи позволяет
почти вдвое снизить максимальный изгибающий момент, возникающий в стволе сваи. В
конструкции ош-
ловка сваи имеется выступ, предназначенный для погружения сваи с помощью
стандартных наголовников.
Погружают сваи таврового сечения по технологии и требованиям, предъявляемым к
погружению свай-колонн.
Применять эти сваи целесообразно в районах с высоким уровнем грунтовых вод, большой
глубиной промерзания грунта при непродолжительном строительном сезоне. По
сравнению с устройством фундаментов использование свай таврового сечения позволяет
снизить трудовые затраты почти в 3 раза.
Несущую способность свай таврового сечения на вертикальную составляющую нагрузку
необходимо определять по формуле (2.4), применяемой при расчете висячих забивных
свай. Расчетные сопротивления свай таврового сечения в песчаных и глинистых грунтах
указаны в табл. 22 изменений и дополнений к СНиП II-17—77, опубликованных в
«Бюллетене строительной техники», 1981 г., № 10.
В проектах фундаментов на сваях-колоннах с погруженными в грунт консолями и на сваях
таврового сечения должны быть указаны мероприятия для противодействия силам
морозного пучения грунтов основания, определяемые на основании расчетов.
Основными" механизмами для погружения свай-колони являются дизель-молоты
различных модификаций с массой ударной части. от 600 до 2500 кг.
Молоты для погружения свай-колонн в относительно слабые грунты выбирают на одну
ступень ниже по сравнению с молотами,, требуемыми для погружения свай в
соответствии с рекомендациями СНиП П-17—77.
Для выбора базовых машин можно рекомендовать материалы гл. 3, в которой даны
технические характеристики копров, и § 2 данной главы, в которой приведены
технологические рекомендации по выбору копровых агрегатов.
Объекты, на которых применяют сваи-колонны, сооружаются без заглубления
фундаментов с поверхности. Это условие определяет объемы подготовительных работ и
методы их выполнения.'
Наиболее серьезной работой на подготовительной стадии является разбивка свайного
поля. Необходимая точность разбивки его-диктуется требованиями конструкции каркаса
здания на сваях-колоннах. Поэтому в процессе производства работ следует
систематически проверять точность разбивки, местоположение свай-колонн и при
нарушении положения разбивочных осей зданий восстанавливать их.
Работы по разбивке мест погружения сваи выполняются бригадой из 4 человек в составе
геодезиста, мастера и 2 рабочих III—IV разряда.
Завершение разбивки свайного поля оформляют актом с приложением схемы привязки и
закрепления главных осей.
Последовательность технологических операций погружения свай-колонн принята
следующая: 1) контроль правильности рабочей стоянки копра; 2) подъем сваи на копер; 3)
установка сваи на точку погружения; 4) опускание молота с наголовником на сваюколонну; 5) проверка вертикальности положения сваи в проектном положении; 6)
проверка правильности положения боковых граней: и закладных деталей сваи; 7) подъем
ударной части молота и повторная проверка вертикального положения сваи (при
копровом агрегате на базе экскаватора); 8) начальное погружение сваи-колонны (0,5—0,8
м); 9) контроль вертикального положения ее; 10) продолжение погружения сваи-колонны
до проектной глубины с постоянным контролем вертикальности, ее положения; 11) замер
отказа пятью холостыми ударами; 12) снятие молота и переход копра на другую точку.
Приведенная схема погружения свай-колонн исходит из наличия на копрах систем
наведения. Для копров, не имеющих таких систем, методику погружения разрабатывают с
учетом их особенностей.
Схема перемещения копров при погружении свай-колонн, показанная на 4.25,
предусматривает наименьшее их перемещение-и сокращение маневров, что способствует
сохранности разбивки и планировки площадки.
Независимо от типа копрового агрегата, выбранного для погружения свай-колонн,
необходим строгий контроль за точностью погружения свай.
Для удобства контроля в процессе погружения на свае-колонне размечают вертикальные
оси и высотные отметки. Разметку можно делать с помощью шаблонов (рис 4.26).
Вертикальное положение сваи-колонны выверяют при установке ее на точку и в процессе
погружения. Проверку производит геодезист с двух направлений с помощью теодолитовнивелиров, установленных на продольной и поперечной осях. Точность погружения свайколонн в начальный этап забивки обеспечивается малой высотой подъема ударной части
молота. При погружении сваи на глубину до 1,5 м процесс забивки можно не только
контролировать, но и регулировать путем корректировки системы наведения копровой
стрелы, соосности молота, сваи и наголовника.
Контроль за глубиной погружения сваи-колонны ведут также с
помощью теодолита-нивелира по нанесенным на свае рискам
(4.27). Отклонения от проектного положения допускаются в
пределах до ±3 см, а по глубине погружения ±2 см. Погружать
сваи-колонны, требующих высокой точности, рекомендуется в свет
лое время дня.
Бригада, занятая погружением свай-колонн, при односменном режиме работы состоит из
б рабочих и одного геодезиста. Увеличенный состав бригады необходим для приемки и
контроля поступающих свай-колонн, предварительной их разметки до начала погружения
и тщательного контроля в процессе погружения.
Опыт показал, что целесообразна двухзвенная организация труда в бригаде; первое звено
ведет приемку и разгрузку свай-колонн с транспорта, раскладку их по схеме у копровых
агрегатов; второе звено обслуживает копровый агрегат и обеспечивает погружение свай.
Геодезист, прикрепленный к бригаде, руководит контролем за точностью планового и
высотного погружения свай-колонн, ведет журнал погружения свай и оформляет всю
исполнительную документацию.
В технологическую оснастку бригады, занятой погружением свай-колонн, входят ключ для
разворота сваи при установке ее, отвес, отводной блок, приспособление для установки
свай на место погружения, шаблоны Ш-1 для разметки вертикальных осей иШ-2 для
нанесения линий с целью контроля высотного положения свай-колонн.
На 4.28 приведен график работ по погружению свай-колонн.
§ 7. Приемка свайных работ
Систему организации полевого контроля качества свайных работ разрабатывают с учетом
конкретных гидрогеологических условий площадки и конструктивных решений свайного
фундамента.
В комплекс проверки свайных работ входит: контроль за качеством применяемых
конструкций свай; анализ отчетных материалов по испытанию пробных свай; выборочный
контроль за погружением и динамическим испытанием рабочих свай; проверка несущей
способности сваи статическими нагрузками (при необходимости); анализ геодезической
съемки положения рабочих свай; анализ отчетных материалов по испытанию
контрольных свай.
Организация контроля за качеством свай производится отделами технического контроля
завода. В ходе приемки свай необходимо проверить соответствие проекту марок бетона,
перпендикулярность торцовой плоскости вертикальной оси сваи, углов наклона
плоскостей острия, искривление продольной оси. Контроль за качеством свай, особенно
тех, которые предназначены для свайных фундаментов с высоким ростверком или
безростверковой конструкции, а также свай-колонн должна вести и строительная
организация. Качество поступающих на площадку свай подтверждается паспортами
завода-изготовителя, являющимися неотъемлемой частью комплекта исполнительной
документации.
После получения отчетных данных о результатах ' испытаний пробных свай и
корректировки рабочих чертежей необходимо постоянное наблюдение в процессе
производства за соответствием применяемых свай, принятым в проекте.
На качество сооружения свайного фундамента большое влияние оказывает соблюдение
технологической последовательности погружения свай, предусмотренной в рабочих
проектах или ППР.
Если сваи погружены не до проектных отметок, необходимо определить причину этого
явления. Такие случаи могут возникнуть из-за несоответствия материалов изысканий
фактическому состоянию грунтов, недостаточной погружающей способности молота и
дефектов производства работ. В зависимости от причин следует принять меры,
обеспечивающие требуемое качество работ.
Контрольные динамические испытания рабочих свай нужно проводить в процессе их
погружения, так как после окончания забивки всего свайного поля выполнить их
невозможно. Поэтому представитель авторского надзора или заказчик в процессе
производства работ должны посещать строительную площадку, оценивая качество
выполняемых работ, а возникающие вопросы несоответствия производства работ проекту
необходимо в любом случае согласовывать с автором проекта. Все журналы погружения
свай и сводную ведомость прилагают к исполнительной документации.
После погружения свай строительная организация вместе с представителем заказчика и
авторского надзора оформляет акт на скрытые работы, дающий разрешение в случае
необходимости на срубку голов свай и оголение арматуры для устройства монолитных
ростверков.
При геодезической съемке положения свай, которую должна выполнять строительная
организация, выявляют соответствие погруженных свай требованиям СНиП Ш-9—74,
приведенным ниже.
Число свай, имеющих максимальные отклонения от проектного положения, не должно
превышать при ленточном расположении 25% от общего числа свай, а при сваяхколоннах—5%. Вопрос о
возможности использования свай с отклонениями сверх допустимых решается проектной
организацией.
Для свай и свай-оболочек, погружаемых через кондукторы (при строительстве мостов),
смещение осей закрепленного кондуктора от проектного положения в уровне верха
кондуктора должно быть в акватории не более 0,025Я, где Я— глубина воды в месте
установки кондуктора, и ±25 см на суходолах.
Материалы приемки конструкций свай, журналов погружения их, акты динамического (а
также при необходимости и статического) испытания рабочих свай, исполнительная
съемка отклонений свай от проектного положения служат основанием для приемки
свайного поля.
В результате анализа исполнительной документации может возникнуть необходимость
усилить или расширить конструкцию ростверков, а также дублировать сваи, погруженные
с отклонениями, сверх допусков. После завершения работ по дублированию свай актом
на скрытые работы оформляют приемку свайного основания и разрешают устройство
ростверка.
В перечне мероприятий по приемке свайного фундамента предусмотрен метод
динамического испытания свай как наименее трудоемкий, не разрушающий конструкцию
свай. Вследствие этих преимуществ данный метод получил широкое распространение.
Для проведения динамических испытаний необходимо выбирать такие сваи, плановое
положение которых соответствует требованиям проекта и у которых при погружении не
разрушился бетон головы сваи.
Динамическое испытание свай начинают в конце забивки, когда глубина погружения свай
от одного удара близка или равна расчетной величине отказа, или после отдыха ее. До
начала определения отказа у испытываемой сваи должен быть установлен прибор,
замеряющий отказ.
Динамическое испытание сваи нужно вести тем же сваепогру-жающим механизмом,
которым проводилось их погружение. При динамических испытаниях свай с помощью
паровоздушных молотов одиночного действия отказы замеряют от каждого одиночного
удара с замером полученной величины осадки сваи. Если при испытании применяют
паровоздушный молот двойного действия, то для установления величины несущей
способности через каждую минуту работы молота замеряют отказ, устанавливают частоту
ударов в.этот период и давление пара у ввода в молот. С применением дизель-молота
отказ замеряют при погружении сваи от 3,5 до 10 ударов (один залог) и для расчета
принимают среднюю величину отказа от одного удара.
Величины энергии удара молотов принимают по формулам 4.3— 4.7 в зависимости от
выбранного сваепогружающего механизма.
При использовании для испытаний свай дизель-молотов, в которых часть энергии удара
расходуется на сжатие газовоздушной смеси и на повторный подъем ударной части,
энергию удара, расходуемую на процесс погружения сваи, определить затруднительно.
Поэтому при проведении динамических испытаний снимают поршневые кольца с поршня
молота и сбрасывают ударную часть его без подачи топлива в камеру.
Величину отказа сваи определяют разными приборами, в том числе отказомерами.
Прибор для записи отказограммы устанавливают вблизи сваи на брусья длиной не менее
3—3,5 м с опиранием на прокладки, предназначенные для уменьшения величин
колебаний прибора, возникающих при работе молота.
Расстояние установленного отказомера от испытываемой сваи должно быть равно длине
рычага прибора с записывающим устройством. Включением прибора лентопротяжный
механизм перематывает бумажную ленту с одного барабана на другой, а самописец на
этой бумаге вычерчивает колебания сваи при ее динамическом испытании. По
записанной прибором отказограмме устанавливают величины остаточного и упругого
отказов, по которым расчетом 'можно определить несущую способность испытываемой
сваи.
При отсутствии в строительной организации отказомеров величину отказа можно
замерить с помощью нивелира, с применением гидравлического уровня, изготовленного
из резиновой трубки длиной 3—4 м с двумя стеклянными наконечниками (гл. 3, § 6). Для
этих же целей используют проволоку, натянутую на два колышка, с помощью которой
отсчитывают величину отказа (4.29).
В табл. 4.12 для примера приведены данные о несущей способности свай, динамические
испытания которых производились штанговым дизель-молотом С-330 с массой ударной
части 2,5 т при сбросе ее без подачи топлива в камеру сгорания.
В табл. 4.13 даны отчетные материалы по установлению несущей способности свай,
испытанных динамическим методом различными типами молотов.
§ 8. Устройство ростверков
Ростверки по сваям устраивают из монолитного железобетона или сборных
железобетонных конструкций. Перед устройством ростверка необходимо срубить и
подготовить головы забитых свай для укладки арматурных каркасов или для выполнения
монтажа сборных конструкций.
Срубка свай — трудоемкая и физически тяжелая операция. Для снижения трудоемкости
этих работ применяют различные механизмы. К их числу относятся гидроразрушители
конструкции Главле-нинградстроя, Главкузбасстроя, управления механизации Томскжилстроя, механизм для скалывания свай грейферного типа Глав-сочистроя.
Гидроразрушители, технические характеристики которых приведены в табл. 4.14,
работают по схеме, описанной ниже:
механизм с помощью монтажного крана устанавливают на сваю и выверяют;
гидродомкраты механизма подсоединяют к насосной станции. Подвижную рамку с
клином с помощью домкратов передвигают к неподвижному клину, в результате чего
бетон тела сваи, находящейся между клиньями, разрушается. Затем оголенные
арматурные стержни срезают, и механизм вместе с бетоном срубленной части сваи
снимают монтажным краном.
К сожалению, эти механизмы значительно удорожают работы, притом ими невозможно
выполнить полный комплекс работ по подготовке сваи к укладке ростверков.
Ускорить процесс срубки головки сваи, снизить трудоемкость и повысить качество можно
с помощью инвентарной обжимной рамки, разработанной НИИМосстроем в 1968 г.
На 4.30 показана последовательность работ по срубке и подготовке верха свай к
устройству ростверков с помощью обжимной рамки. При устройстве монолитных
ростверков арматуру свай
срезают выше плоскости срубленной сваи на 30 см, а при монтаже сборных
железобетонных конструкций — на проектной отметке верха сваи.
Сваи, подготовленные для монтажа сборных ростверков, не должны иметь сколов бетона,
конструкции устанавливают на них после укладки на плоскость сваи выравнивающего
слоя из раствора Ml 00.
Особенно аккуратно следует производить подготовку верха сваи для установки сборных
плитных ростверков, опирающихся на куст из 6—9 свай. Такая конструкция требует
высокой точности срубки, чтобы обеспечить равномерную передачу нагрузки на все сваи,
расположенные в кусте (4.31).
Сборные железобетонные оголовки на сваях применяют для увеличения плоскости
опирания сборных конструкций ростверков, монтируемых на них, или при
безростверковой конструкции, когда по оголовкам укладывают плиты перекрытия над
подвалом (верхнее положение оголовка).
На 4.32 показана очередность работ по монтажу сборных оголовков. Сборные
конструкции ростверков по трубчатым сваям монтируют на бетонные пробки, высотное
положение плоскости выравнивают бетоном. На квадратных сваях с круглой полостью
устанавливают сборные бетонные пробки, на -которые монтируют сборные элементы
ростверков. В гл. 2 приведены наиболее характерные конструкции сборных
железобетонных ростверков.
Монолитные ростверки устраивают в фундаментах зданий и сооружений промышленного
и гражданского, назначения. Такие ростверки могут иметь нижнее или верхнее
положение. При монолитном ростверке нижнего положения перед установкой опалубки
тщательно очищают основания от растительного слоя и строительного мусора, после чего
делают песчаную или другую дренирующую подготовку, толщину слоя которой
определяют в проекте в зависимости от грунтов основания и нагрузок на ростверки.
Сборно-разборную опалубку устанавливают на подготовленное основание и раскрепляют,
после чего укладывают арматуру ростверков. Если можно заделать голову сваи в тело
ростверка на высоту 5—10 см, делать выпуски арматуры не обязательно (если проектом
это не оговорено). При заделке сваи в монолитный ростверк менее чем на 5 см арматуру
сваи обязательно заводят в армокар-•кас ростверка и концы ее отгибают.
До начала укладки бетона армокаркас ростверка должен быть проверен авторским
надзором, о чем составляется акт на скрытые работы.
Бетонную смесь для монолитных ростверков из транспортных средств, в которых ее
доставляют на строительную площадку, перегружают в поворотные бадьи, бункера или
виброжелоба для подачи в опалубку ростверка (4.33). Уплотняют бетонную смесь
глубинными вибраторами или вибробулавами, а при большеразмер-ных ростверках —
виброплощадками.
§ 9. Производство свайных работ с плавучих средств
Способы производства работ на площадях, покрытых водой, отличаются от методов,
обычно применяемых на сухой местности. Отличие заключается в базовых машинах и
объемах подготовительных мероприятий.
На тех же площадках, где грунты незначительно заглублены под водой, применяют метод
устройства временных островков путем отсыпки грунта с берега или намыва. Эти же
островки можно использовать для выполнения всего комплекса работ по погружению
сваи, устройству ростверка и надводной части сооружения.
В случаях заглубления грунта в водоемах до 5—6 м погружать сваи целесообразно с
временных подмостей, устраиваемых на дне водоема (4.34).
Подмости устраиваются по всей длине свайного поля, по ним укладывают рельсовый путь
для перемещения подкопрового мостика, на котором устанавливают рельсовый копер.
Тип рельсового
копра выбирают исходя из числа свай, подлежащих погружению, их массы, типа и марки
сваепогружающего механизма. В зависимости от 'отдаленности подмостей от берега
решают вопросы хранения и подачи сваи на копер, а также выбирают метод доставки их
на места складирования. В том случае, когда временные подмо-
сти устраивают с отрывом от береговой базы, хранить сваи нужно на подмостях.
Доставляют их к месту складирования плавучим краном; копер в этом случае принимают
полноповоротной конструкции. На судоходных реках или глубоких водоемах, где
устраивать временные подмости нерационально, сваи погружают плавучими копрами
или кранами, расположенными на специальных плавучих установках. В качестве плавучих
установок можно использовать суда, плашкоуты, собранные из универсальных понтонов
КС, которые жестко скрепляют между собой и расчаливают к опорам. Для уменьшения
боковой качки, мешающей точной забивке сваи, можно применять копры, размещаемые
на парных баржах или плашкоутах. Вся система якорей должна быть надежной, для чего
на каждой расчалке целесообразно устанавливать лебедку.
Погружать сваи и сваи-оболочки можно и с плавучих кранов, но сваи в этом случае нужно
устанавливать в каркасы или кондукторы, которые также жестко крепят к плавучим
средствам.
В северных районах, где водоемы могут промерзать на значительную глубину и
образуется устойчивый ледяной покров, целесообразно погружать сваи со льда. В этом
случае монтаж копрового агрегата, доставку свай и все технологические операции ведут с
поверхности ледяного покрова, разбуривая проруби в местах погружения свай. Длину
свай при работе со льда выбирают с учетом толщины ледяного покрова или погружают
более короткие сваи с применением подбабка.
Вибрационные методы погружения свай
Процесс погружения тела, подвергаемого действию вибрирования, в грунт является
весьма сложным механическим явлением. Если к голове сваи, заглубленной в грунт на
незначительную глубину, присоединить вибратор направленного действия,
возбуждающий продольные вибрации сваи, и масса с вибратором будет меньше
величины критической нагрузки на сваю, то работа вибратора будет оказывать на грунт и'
сваю различные механические воздействия.
На низких частотах возникнут слабые колебания сваи и грунта при полном положении
равновесия, слои грунта вокруг сваи будут перемещаться вместе с ней, и свая погружаться
не будет. При увеличении же частоты вибратора возникнут взаимные смещения сваи по
отношению к грунту, что приведет к проскальзыванию боковых поверхностей сваи по
грунту (срыв сваи).
После срыва сваи сопротивление грунта погружению уменьшается и для продолжения
этого процесса достаточны незначительные внешние силы — менее потребныд для
погружения без вибрирования.
Сваи преодолевают лобовое сопротивление грунта по-разному, в зависимости от его
физико-механических свойств. В сухих грунтах (песчаные, плотные, глинистые), а также
при наличии твердых прослоек лобовые сопротивления преодолеваются ударами острия
сваи, в результате чего свая внедряется, а грунт выпирает в стороны. В водонасыщенных
грунтах под влиянием возникающих у острия сваи знакопеременных давлений грунт
разжижается, и она погружается под влиянием собственной массы, если давление жидкообразного грунта меньше массы свай с погружателем.
Зона смещения частиц грунта при вибропогружении в слабовлажных грунтах составляет
2,5—5 радиусов сваи, а в водонасыщенных— 4—5 радиусов.
§ 1. Вибропогружатели
Машины для вибрационного погружения свай, шпунта, труб и оболочек различают по
динамическому воздействию на вибропогружатели и вибрационно-ударныепогружатели; по схеме устройства — на вибропогружатели простейшего типа и с
подрессориой пригрузкой.
Вибропогружатели характеризуются величиной возмущающей силы, (т; кН), создаваемой
работающими дебалансами, статическим моментом дебалансов. Этот момент вычисляют
как произведение массы неуравновешенной части дебаланса на расстояние от его центра
тяжести до оси вращения (кг-м, к11-м). Вибропогружатели отличаются также амплитудой
колебания вибросистемы, зависящей от свойств грунта, фактического момента
дебалансов и массы вибросистемы (свая, наголовник и вибропогружатель) .
Вибропогружатели, работающие с частотой 300—500 кол/мин, относят к низкочастотным,
а с частотой 700—1500 кол/мин — к высокочастотным.
При весьма простой конструкции вибропогружателей этого типа они имеют ряд
существенных недостатков, связанных с тяжелым режимом работы электродвигателя.
Низкочастотные вибропогружатели продольного действия типа ВП конструкции Б.П.
Татарникова применяют для погружения железобетонных свай, металлического шпунта и
труб. Они состоят (5.2) из дебалансов 1, размещенных на четырех валах 2, вращение
которым передается от электродвигателя 3 через систему шестерен 4. Синхронизация
всех четырех дебалансов обеспечивается четырьмя одинаковыми шестернями 5.
Схема вибропогружателя НВП-56 показана на 5.3. Четыре дебаланса / размещены на двух
параллельных валах. Синхронизация вращения валов обеспечивается шестернями 2,
привод от двух электродвигателей 3 осуществляется через зубчатые колеса 4. В корпусе
вибропогружателя сделано отверстие для выемки грунта из полости погружаемой сваиоболочки (без снятия вибропогружателя) .
Особенности вибропогружателя этого типа — возможность изменения частоты
вибрирования и возможность установки двух спаренных вибропогружателей на одну
сваю-оболочку.
В отличие от вибропогружателей простейшего типа с жестко соединенными элементами,
вибропогружатель с подрессорной при-грузкой состоит из двух частей —
вибропогружающей и изолированной от вибрации.
Принципиальная схема вибропогружателя с подрессорной при-грузкой ВПП-1
конструкции Савинова и Лускина показана на 5.4.
Вибрирующая часть состоит из вибратора 4 и наголовника 5. К неподвижной части
относятся пригрузочные плиты 2 и электродвигатель /. Обе части вибропогружателя
соединены системой пружин 3. Эластичность их снижает частоту собственных колебаний
верхней части по сравнению с частотой колебаний вибратора, выполняя роль
виброизолирующего устройства.
В вибропогружателях с подрессорной пригрузкой путем установки дополнительных
грузов к подрессорной части можно менять режим вибрации сваи, при этом
незначительно изменяется работа вибратора и электродвигателя.
§ 2. Вибровдавливающие агрегаты и вибромолоты
В вибропогружателях с подрессорной пригрузкой, как указывалось выше, погружающую
способность механизма можно регулировать массой дополнительных грузов.
С учетом этой особенности конструкции в вибровдавливающих агрегатах к вибратору
вместо дополнительных грузов прилагают усилие от лебедки базового механизма,
направленное вниз вдоль ствола погружаемой сваи.
По этому принципу разработана конструкция вибровдавливающих погружа-телей свай
ВВПС-20/11 и ВВПС-32/19, применяемых на строительстве ЛЭП и линий связи. Базой
вибровдавливающих агрегатов служат тракторы Т-100 и Т-140.
Агрегатом ВВПС (5.5) погружают железобетонные сваи, изготовленные специально для
этого агрегата. В головах таких свай предусмотрены выступающие из бетона
металлические шпильки, которыми свая жестко крепится к наголовнику
вибропогружателя. После подъема сваи вместе с вибропогружателем и
укрепленным на нем наголовником ее опускают на грунт и включают вибропогружатель.
Сначала свая погружается под влиянием работы вибропогружателя, но по мере
заглубления, т. е. с увеличением сопротивления грунта, включается система
одновременного вдавливания сваи. Специальное реле предохраняет двигатель агрегата
от перегрузки.
В строительстве широко применяют вибрационно-ударные погружатели для погружения
стальных труб, шпунта и свай. Такие погружатели можно разделить на два вида:
вибромолот, в котором вибратор не имеет жесткой связи со сваей, молот совершает
удары по свае как по ограничителю: вибратор, жестко соединенный с погружаемой сваей;
и молот, приводимый в движение отдельным механизмом.
В отличие от работы вибропогружателей в данном случае при увеличении сопротивления
погружению сваи под действием массы погружаемой конструкции и массы-грунта
увеличивается энергия удара виброударного погружателя.
Высокочастотные виброударные погружатели применяют для погружения свай и других
конструкций с малым лобовым сопротивлением, т. е. в слабых грунтах (5.6). Технические
характеристики их приведены в табл. 5.6.
§ 3. Наголовники к вибропогружателям
Как отмечалось, для обеспечения процесса вибропогружения сваи требуется жестко
соединить ее с вибропогружателем. Для этих целей предусматривают в головах свай
шпильки. Для погружения вибрационным методом стандартных железобетонных,
деревянных и металлических шпунтовых свай применяют специальные наголовники,
обеспечивающие достаточную прочность узлов сопряжения наголовников со сваями.
Автоматический наголовник АСН-40 для погружения призматических железобетонных
свай (5.7) состоит из корпуса 5 с бойком' 4, щеки 8, зажимных щек 9, приводимых в
действие пружинами 7. Пружины размещены в цилиндре со штоком 6, тросовая подвеска
3 подсоединена к штокам цилиндров через отводные блоки 2. Блоки расположены на
корпусе вибропогружателя / и соединены в одном узле, подвешенном на крюке
подъемного троса крана.
Под действием массы вибропогружателя и наголовника во время подъема их краном
пружины сжимаются и щеки наголовника раздвигаются под углом к продольной оси. В
этом положении свая подводится под щеки наголовника, которые при опускании
вибропогружателя на сваю прижимаются к ее стволу. При включении вибропогружателя
для погружения сваи.щеки наголовника прочно зажимают ее. По окончании погружения
вибратор с наголовником поднимается и щеки наголовника опять раздвигаются
пружинами, высвобождая сваю.
Наголовники стаканного типа применяют для погружения квадратных свай (5.8).
Для погружения свай-оболочек диаметром более 800 мм применяют наголовник с
переходным устройством, жестко соединяемый с конструкциями сваи и
вибропогружателя. Для крепления наголовника к такой свае служат болты, заделанные в
бетон сван (5.9).
§ 4. Вибропогружение свай
Типы сваепогружающих механизмов выбирают с учетом грунтовых условий, конструкции
и глубины погружения сваи.
Для погружения свай с помощью вибропогружающих механизмов требуется изменять
технологию, традиционную для забивных свай. Вибропогружатели простейшего типа при
работе передают вибрационные нагрузки не только на сваи, но частично и на базовые
механизмы.
Ввиду того, что базовые машины (стреловые гусеничные, плавучие краны, копровые
агрегаты) не должны воспринимать вибрационные нагрузки от вибропогружателей, их
следует использовать для такелажных операций. По указанным причинам в принятых
технологических схемах вибропогружения свай предусмотрены кондукторы для фиксации
положения сваи в момент погружения к снятия с кранов вибрационных нагрузок.
Краны, применяемые для вибропогружения свай-оболочек, кроме самого процесса
погружения используют и для выемки грунта из полостей труб.
Во время погружения свай-оболочек гравелистые или другие плотные включения могут
нарушить процесс погружения сваи. Для предохранения свай-оболочек от повреждений
рекомендуется использовать акселерометры (электрические, автоматические
прерыватели вибропогружения), а при отсутствии их контролировать на пульте
управления расход мощности двигателей вибропогружателя и изменять амплитуду
колебания сваи-оболочки.
В тех случаях, когда при повышении потребляемой мощности и амплитуды колебания
сваи снижается скорость ее погружения, а жесткость крепления вибропогружателя не
нарушается, необходимо прекратить процесс погружения сваи, проверить сохранность
оболочки и выбрать грунт из-под ножа, удалив жесткие включения.
После завершения погружения сваи-оболочки в песчаные грунты и супеси следует
провибрировать сваю при сниженных моментах дебалансов в течение 7—10 мин, что
обеспечит уплотнение грунтового ядра под сваей и вокруг нее.
С увеличением глубины погружения сваи-оболочки повышается сопротивление грунта по
ее боковой поверхности, что снижает погружающую способность механизма. В этих
условиях необходимо полнее использовать номинальную мощность электродвигателя.
Значительные нагрузки при запуске вибропогружателей вызывают определенные
требования к электропитанию механизма. Источник энергоснабжения нужно выбирать
такой, чтобы не иметь других потребителей.
При амплитудах колебания вибросистемы порядка 5 мм можно предположить, что свая
достигла расчетных нагрузок. Если при этом необходимо увеличить глубину погружения
сваи, хотя она и достигла требуемых проектом расчетных нагрузок, необходимо принять
меры по подмыву грунта или другие методы, обеспечивающие заглубление сваи до
определенной проектом глубины (обмазка, выемка грунта из полости трубы и др.).
Величину несущей способности свай, погруженных вибрационным методом, определяют
по формулам СНиП П-17—77.
Величину амплитуды колебания вибросистемы на стадии разработки проекта определяют
расчетом применительно к принятому типу вибропогружателя. В производственных
условиях может возникнуть необходимость замены типа вибропогружателя на
имеющийся, а потому необходимо сделать перерасчет значения амплитуды.
Фактическую амплитуду проверяют с помощью специальных приборов — вибрографов, а
при их отсутствии — с применением нивелиров или теодолитов.
Все эти данные фиксируют по показаниям приборов в конце погружения сваи-оболочки.
Для трубчатых свай диаметром более 2 м основные параметры
условий погружения определяют опытным путем с проведением ста
тических испытаний пробных свай.
Свайные работы в особых условиях
§ 1. Трубчатые сваи
Для высотных гражданских и большепролетных промышленных зданий устраивают
свайные фундаменты с нагрузками на опору порядка 500—1000 т и более. Одним из
экономичных решений для таких объектов являются фундаменты на трубчатых сваях.
Многолетний опыт эксплуатации сооружений, возведенных на трубчатых сваях,
подтвердил надежность таких фундаментов, малые величины осадок. В отечественной
практике применяют трубчатые сваи различного типа.
Трубчатые сваи с закрытым нижним концом диаметром до 400 мм изготовляют методом
центрофугирования. Тех-
нология их погружения подобна технологии забивки полнотелых прямоугольных свай.
Полость трубы заполняют песком или бетоном.
Несущую способность таких свай определяют по формулам, применяемым для расчета
забивных свай согласно СНиП 11-17—77.
Т р у б ч ат ы е сваи, открытые снизу, погружаемые без выемки грунта из полости трубы,
могут иметь внизу кессонный нож. Изготовляют такие сваи диаметром от 0,3 до 2,0 м
методом центрофугирования, применяют их в промышленном и гражданском
строительстве. Работают такие сваи совместно с образуемым при забивке грунтовым
ядром.
Трубчатые сваи, открытые снизу с кессонным ножом, погружаемые с выемкой грунта из.
полости трубы, изготовляют диаметром от 0,8 м и более. Погружают такие сваи методом
вибрации, после чего полость трубы заполняют бетоном. Их применяют в промышленном
и гидротехническом строительстве при значительных нагрузках на опоры (мостовые
конструкции и др.).
С 1959 г. трестом № 101 Главленинградстроя и другими организациями началось
массовое сооружение фундаментов под крупнопанельные здания на железобетонных
трубчатых сваях без выемки грунта из полости трубы. Строительные площадки, где
применяли трубчатые сваи, были представлены слабыми грунтами текучей и
текучепластичной консистенции, оторфованные. В этих грунтовых условиях острия свай
достигают слоев малосжимаемых грунтов из песков средней крупности и средней
плотности.
Выполненный Ленпроектом анализ показал, что по сравнению с полнотелыми
квадратными сваями применение трубчатых свай позволяет снизить стоимость
фундаментов на 25—30%.
В качестве трубчатых свай были применены типовые железобетонные трубы наружным
диаметром 66 и 76 см., толщиной стенок 7— 8 см без металлических поясов на торцовых
плоскостях. Сваи, погруженные на глубину более 6 м, соединялись железобетонными
элементами (трубы меньшего диаметра), как показано на 6.1.
Трубчатые сваи погружали стандартными копровыми агрегатами с применением
штанговых дизель-молотов С-268 и С-330. Процесс погружения свай при прорезании
толщи слабых грунтов проходил интенсивно, но при достижении низом свай зоны
плотных грунтов, когда в полости трубы начинала образовываться грунтовая пробка,
скорость погружения резко снижалась до момента завершения процесса забивки и
получения расчетных отказов
Для оценки качества работ на каждом корпусе выполняют статические испытания 2—4
контрольных свай, определяя не только величину их несущей способности, но и
возможную осадку от расчетных нагрузок. Окончательное решение о приемке свайного
фундамента принимают по материалам статических испытаний, если они подтверждают
достижение сваями расчетных нагрузок и величину неравномерности осадок испытанных
свай, находящихся в пределах допустимой неравномерной осадки здания.
Здания, возведенные в Ленинграде на трубчатых сваях, хотя получили абсолютные осадки
10—15 см, величина неравномерности осадки их находится в пределах нормы, что
обеспечило надежность фундаментов.
Практика применения трубчатых свай с открытым нижним концом без выемки грунта из
полости трубы показала целесообраз-
ность их использования в слабых грунтах, когда нижний конец сваи достигает грунтов, в
которых возможно образование плотного грунтового ядра.
Грунтовое ядро. При изучении условий образования грунтового ядра в нижней полости
трубчатой сваи Г. В. Конаковым было показано, что песчаный грунт, попадающий в
полость трубы при погружении сваи, в результате динамического воздействия на него за
счет увеличения сил трения по внутренней полости уплотняется настолько, что частицы
грунта сдвигаются не по контакту «грунт — стенка трубы», а по схеме «грунт— грунт». В
результате песчаные частицы заклиниваются, образуя в полости трубы грунтовое ядро.
Наличие такого ядра позволяет принимать расчетные сопротивления R по полному
сечению трубчатой сваи, что дает экономию в расходе бетона и позволяет повысить
расчетные нагрузки на сваю.
В мягкопластичных, пластичных глинистых грунтах, а также во влажных песках мелкой и
средней крупности грунтовые ядра в полости трубчатых свай образуются менее
эффективно; возводить на них фундаменты из таких свай не рекомендуется.
Опыт строительства фундаментов на трубчатых сваях без выемки грунта из полости трубы
показал, что с увеличением глубины погружения в несущий слой происходит активное
формирование грунтовой пробки, которая повышает несущую способность сваи. При этом
с увеличением глубины погружения плотность грунтового ядра и несущая способность
будут увеличиваться. Однако для по-
гружения свай с целью увеличения их несущей способности нагрузок требуются молоты
повышенной массы.
Для обеспечения погружения свай на повышенные расчетные нагрузки трубчатые сваи
целесообразно применять с металлическими обоймами в торцах, конструкция которых
разработана ВНИИГСом.
Трубчатые сваи больших диаметров погружают вибропогружаю-щими механизмами.
Сваи устанавливают в специальные кондукторы, жестко прикрепляемые к береговым
опорам, плавучим средствам, базовым сооружениям или к якорным устройствам,
которые устраивают для крепления кондукторов.
Вибропогружатель устанавливают на специальные наголовники, которые крепят к сваеоболочке (см. 5.9), или используют другие приспособления, обеспечивающие жесткое
крепление вибропогружателя на свае.
В строительстве гидротехнических сооружений и мостов применяют трубчатые сваи с
кессонным ножом диаметром более 1000 мм, ствол которых после погружения
заполняют бетоном или песком.
Выемка грунта из ствола сваи, являющаяся сложной и трудоемкой операцией,
производится специальными механизмами: грейферами, эрлифтами, гидроэлеваторами
или гидрожелонками. Грейфер при раскрытом положении челюстей должен иметь
диаметр на 0,3 м менее внутреннего диаметра трубчатой сваи.
Грунт из полости сваи-оболочки вынимают при выключенном вибропогружателе. Число
остановок процесса погружения зависит от физико-механических свойств грунтов,
интенсивности образования грунтовой пробки и диаметра трубы.
Основным базовым механизмом для погружения свай-оболочек диаметром более 400
мм является гусеничный (или плавучий) кран, грузоподъемность которого определяется
характеристиками конструкции сваи, выбранными сваепогружающими механизмами и
методом производства работ.
Трубчатые сваи диаметром от 0,9 до 0,8 м, длиной от 3 до 40 м изготовляют по рабочим
чертежам ГПИ Фундаментпроект (ГОСТ 37382—72 «Сваи полые круглые и сваи-оболочки
железобетонные).
§ 2. Винтовые сваи
Для фундаментов, воспринимающих выдергивающие нагрузки сооружаемых на
строительстве ЛЭП, радиоантенн, башен, анкерных фундаментов технологических
сооружений, применяют винтовые сваи.
В конструкцию винтовой сваи входят башмак с винтовой лопастью и ствол сваи (6.2).
Башмак с винтовой лопастью отливают из стали или чугуна; лопасти сваи можно
изготовлять из стеклопластика. Диаметр лопасти принимают от 0,4 до 1,2 м в зависимости
от физико-механических свойств грунтов и величины выдергивающих нагрузок. Диаметр
ствола сваи принимают в пределах 0,30—0,45 от диаметра лопасти. Изготовляют стволы
из стальных
бесшовных, горячекатаных или железобетонных труб. Стволы свай могут иметь длину до
8 м в зависимости от расчетной глубины их погружения. Шаг винтов лопасти
рекомендуется назначать в пределах 0,15—0,3 от диаметра башмака сваи. Высоту
наконечника, башмака принимают в пределах 0,5—2,5 от диаметра башмака.
Скорость погружения свай кабестаном зависит от физико-механических свойств грунтов и
достигает 6—7 м/ч. Величину крутящего момента, необходимого для завинчивания свай,
определяют расчетом. Усилия для завинчивания винтовых свай с закрытым нижним
концом возрастают с увеличением лобового 'сопротивления.
Для увеличения производительности погружения винтовых свай применяют самоходные
агрегаты на автомобильном или гусеничном ходу, имеющие полную автономность в
работе.
Агрегат МЗС-13 (6.3) состоит из кабины машиниста L смонтированной на раме 4
автомашины, опорной стойки 3, на которую опирается рабочий орган 2 во время
перемещения агрегата. На раме установлены четыре откидных гидродомкрата 5,
служащих для компенсации опрокидывающих нагрузок, возникающих во время работы
агрегата.
В корпусе рабочего органа агрегата расположена труба с кареткой, которая соединяется
винтовой сваей для передачи ей вращательного и поступательного движения, а также для
центровки. Каретка, находящаяся внутри трубы, перемещается в вертикальном
направлении с помощью лебедки от гидромотора. Рабочий орган
шарнирно укреплен на раме; в рабочее или транспортное положение он устанавливается
двумя карданными валами от редукторов. Лебедка рабочего органа и откидные
гидродомкраты имеют гидрав-
лический привод от коробки отбора мощности двигателя автомашины. В рабочий орган
сваи вставляют с помощью специального подъемника, установленного на нем.
Технологическая последовательность погружения винтовых свай показана на 6.3.
Инвентарная металлическая оболочка, с помощью которой погружают
винтовую сваю, имеет на одном конце стальную головку для присоединения к цанговому
захвату машины, а с другого конца — выступы, входящие в шлицы винтовых полостей и
передающие свае вращательно-поступательные усилия.
Вертикальные усилия в момент завинчивания сваи возрастают по мере увеличения
глубины погружения. Величина этих усилий должна обеспечивать заглубление сваи на
длину ствола и одного шага винта лопасти.
Принципиальные схемы работы других машин для погружения винтовых свай одинаковы
со схемой, описанной выше.
§ 3. Погружение свай в просадочные грунты
Такие грунты, как известно, после замачивания теряют прочностные свойства и проседают
от влияния внешней нагрузки или даже от нагрузки собственной массы грунта.
Лёссы и лёссовидные грунты, обладающие просадочными свойствами, имеют
макропористое строение. Просадочные явления в этих грунтах могут проявляться в
результате местного замачивания площадей, в особенности при замачивании всей
просадочной толщи площадки, повышении уровня грунтовых вод, стока поверхностных
вод в период освоения территории и от других причин.
Замоченные просадочные грунты теряют связные свойства и распадаются на пылевидные
составляющие.
Просадочные грунты подразделяют на два типа. К грунтам I типа по просадочности
относят грунты, у которых при замачивании происходит просадка под воздействием
внешних нагрузок. В этих грунтах начиная с 5—7 м от поверхности земли пористость
снижается, что позволяет устраивать на них фундаменты из коротких свай.
Такие грунты распространены в Краснодарском и Красноярском краях, Ростовской,
Волгоградской, Горьковской, Рязанской, Пермской, Новосибирской областях, в
Забайкалье, на значительной части Украины, в Средней Азии, на Кавказе.
Просадочные грунты II типа при замачивании могут проседать даже от собственной массы
при большой толще слоя. Грунты этого типа менее распространены, чем грунты I типа.
Свайные фундаменты на просадочных грунтах устраивают в тех случаях, когда
невозможно исключить замачивание этих грунтов. СНиП П-17—77 рекомендует прррезать
сваями всю толщу просадочных грунтов.
На грунтах I типа просадочности допускается устраивать свайные фундаменты с
заглублением нижних концов свай не менее чем на 1 м в слой грунта с
относительной,просадочностыо 6пр<0,02 при величине природного давления в грунте от
массы вышележащих слоев более 3 кг/см2 (0,3 МПа). В этих грунтах рекомендуется
применять железобетонные полнотелые сваи прямоугольного сечения. Трубчатые сваи в
грунтах II типа по просадочности необходимо заглублять в непросадочные слои грунта.
Для оценки несущей способности свай, острия которых остаются в толще просадочных
грунтов I типа, необходимо проводить статические испытания их при полном
замачивании просадочного грунта вокруг тела сваи до нижних концов ее. Радиус
замачиваемого грунта должен быть не менее bd сваи (d — радиус круглой- или. большая
сторона прямоугольной сваи).
Материалы статического зондирования грунта, выполненные на стадии изысканий, а
также данные динамических испытаний не могут служить основанием для оценки
несущей способности свай, и качества выполненных работ на стадии проектных
проработок, а тем более для приемки свайного фундамента.
Проведение статических испытаний свай в грунтах П. типа по просадочности является
обязательным.
Несущую способность сваи в просадочных грунтах II типа определяют с учетом
возникающих при просадке направленных вниз вертикальных перемещений
околосвайного грунта относительно ствола свай (негативное трение
В случае расчета несущей способности по формуле (6.1) величину mu'EfiU также нужно
определять по результатам статических испытаний с замачиванием, как величину
несущей способности на выдергивающую нагрузку сваи, размеры поперечного сечения
которой равны размерам у проектируемой сваи, а длина ее равна /щ-Если возможно
только местное аварийное замачивание части грунта в пределах длины сваи, то величину
сопротивления проса-дочных грунтов по стволу сваи, полученной по показателям
консистенции на основании приведенной выше формулы, следует умножить на
коэффициент условий работы Отд—1,4.
Когда в период строительства и эксплуатации зданий исключается повышение уровня
грунтовых вод или местное замачивание, величины R и f принимают по табл. 2.1 и 2.2
указанного СНиПа.
Испытание свай. Для замачивания грунта вокруг испытываемых свай открывают траншеи
по периметру сваи или куста на расстоянии 1 м от них. Ширину траншей принимают по
низу 0,5 м, глубину— 1__1;5 м. Дно траншей при испытании свай на вертикальную
нагрузку засыпают слоем гравия в 8—Ш см, при испытании же на горизонтальную
нагрузку —на всю глубину траншей.
Уровень воды в траншее в период испытаний должен быть постоянным и глубиной не
менее 1 м. Например, расход воды при замачивании свай 7 м длиной в грунтах I типа
просадочности перед проведением статических испытаний ориентировочно составляет
100 м3. В грунтах II типа для испытания свай длительно замачивают площадку размером
20X20 м до полного проявления просадоч-ных свойств всей просадочной толщи.
При статическом испытании свай, не полностью прорезающих толщу грунта, просадочную
нагрузку доводят, до общей осадки 30 мм. Если острия свай опираются на
малосжимаемые непроса-цочные грунты, испытания можно прекратить после
достижения нагрузок, равных 1,5 Ф (Ф —несущая способность сваи).
Пирамидальные сваи. С 1965 г. строительные организации Одессы и Рязани начали
строить фундаменты на пирамидальных сваях, погружаемых в просадочные грунты I типа.
Опыт применения таких свай показал, что в процессе их забивки уменьшается пористость
просадочного грунта до 40% в радиусе
10 см от грани сваи и на 15—25% в радиусе до трех диаметров от ствола сваи. Удельные
нагрузки, воспринимаемые пирамидальной сваей на единицу объема (м3), возрастают в
1,6—2,5 раза по сравнению с призматической сваей.
Наиболее эффективно применять пирамидальные сваи при забивке их в сравнительно
однородные грунты. В Одессе применяют пирамидальные сваи с углом конусности до 15°,
размером в голове 80X80 см и в острие 10X10 см при длине 1,5—3 м. В Рязани
изготовляют сваи с углом конусности 1—2°, сечение в голове их 40X40 см, в острие 20X20
см, длина от 4 до 6 м. Погружают такие сваи оборудованием, применяемым для забивных
свай.
При забивке пирамидальных свай грунты, окружающие ее боковую поверхность, весьма
сильно уплотняются. При этом уменьшается их пористость, благодаря чему они теряют
свои просадочные свойства. Нижележащие грунты, подвергающиеся замачиванию, не
воспринимают нагрузок от пирамидальны^ свай, так как сваи заклинены в вышележащих
слоях уплотненного грунта. К числу пирамидальных можно отнести и забивные блоки,
широко применяемые в строительстве малоэтажных сельскохозяйственных сооружений.
На 6.4 показаны схемы пирамидальных свай. Применение пирамидальных свай по
сравнению с устройством фундаментов
на призматических сваях снижает трудовые затраты на 10—15%, а также и стоимость
строительства.
§ 4. Погружение свай в сейсмических районах
В сейсмических районах СССР фундаменты возводят с учетом возможности
возникновения сейсмических сил. Эти силы имеют произвольное направление, а
величина их зависит от географического положения местности. Естественно, что
конструкции фундаментов
в этих районах должны обладать стойкостью против сейсмических сил.
Нормативные документы и проектные разработки, которые устанавливают область и
условия целесообразного применения свайных фундаментов в сейсмических районах,
разработаны на основе ограниченного опыта, вследствие чего их постоянно
корректируют.
Требования, положенные в основу нормативных документов для проектирования и
строительства фундаментов, исходят из наличия в сейсмических районах добавочных сил
инерции от сейсмических волн, из-за которых нельзя применять там конструкции, не
обеспечивающие достаточную устойчивость зданий.
До начала проектирования свайных сейсмостойких фундаментов в районах с
сейсмичностью 7—9 баллов в материалах геологических изысканий необходимо
определить физико-механические свойства грунтов, вплоть до залегания коренных пород
или глубиной не менее 25 м, в отчетах по изысканиям нужно указать данные микросейсморайонирования. площадки строительства по рекомендациям института Земли АН
СССР.
На стадии изысканий требуется получить данные о плотности грунтов и однородности их
залегания, о влиянии изменений свойств грунтов при динамических воздействиях на них,
для чего рекомендуется кроме статического зондирования провести динамическое
зондирование.
В качестве несущего слоя для опирания острия свай принимают невывётренные скальные
породы, плотные, крупнообломочные и песчаные маловлажные грунты, твердые и
полутвердые глинистые.
При прохождении сваями слабых грунтов заглублять их в несущий слой нужно не менее
чем на 2 м, а при прохождении грунтов , средней плотности — не менее чем на 1 м.
Опирать нижние концы свай на крутопадающие пласты скальных пород запрещается.
В качестве несущих слоев не рекомендуется использовать лёссовые макропористые
просадочные грунты, мягкопластичные и теку-чепластичные глины, а также
водонасыщенные гравийно-галечные отложения с большим содержанием глинистого
заполнителя (15— 20%).
При технико-экономическом обосновании в сейсмических районах возможно устройство
свайных фундаментов с промежуточной подушкой из сыпучих материалов (щебень,
гравий, пески крупные и средней крупности) .• Но их не следует устраивать на
набухающих, заторфованных и просадочных грунтах, на подрабатываемых территориях и
на геологически неустойчивых площадках.
Острия свай рекомендуется размещать по всему зданию на одном уровне, особенно в
поперечном направлении.
Сейсмостойкие свайные фундаменты устраивают на железобетонных призматических и
полых круглых сваях и сваях-оболочках с ненапряженной стержневой арматурой и
поперечным армированием ствола. Длина свай должна быть не менее 4 м; применять
квадратные сваи длиной более 12 м допускается при наличии опытных данных.
Сваи под здания высотой более пяти этажей в районах сейсмичностью 8—9 баллов
следует размещать не менее чем в 2 ряда по прямоугольной сетке.
Расчетная глубина hv, в пределах которой не учитывается сопротивление грунта по
боковой поверхности, определяется по формуле 34 изменений и дополнений к СНиП П17—77, опубликованных в «Бюллетене строительной техники», 1981 г., № 10.
При определении расчетного сопротивления свай по СНиП—П-17—77 коэффициенты
условий работы принимают по данным табл. 6.4. Несущую способность свай-стоек,
опирающихся на скальные и крупнообломочные грунты, определяют без введения
дополнительных коэффициентов условий работы.
При испытании пробных свай целесообразно определять величины допустимых
горизонтальных нагрузок. Если такая проверка не выполнена, следует принимать
расчетные сопротивления в ориентировочных пределах, приведенных ниже.
В проектах сейсмостойких фундаментов следует предусматривать передачу сейсмических
сил на горизонтальные связи между отдельностоящими свайными фундаментами.
При сооружении свайных фундаментов необходимо тщательно уплотнять грунты при
обратной засыпке пазух вблизи ростверков с обеспечением объемной массы скелета
грунта 1,65 т/м3.
Ростверки по сваям под несущие стены устраивают монолитные, непрерывные,
расположенные на одном уровне. Верхние концы свай требуется жестко заделывать в
ростверк на глубину, определяемую расчетом, учитывающим сейсмические нагрузки.
Строить здание на безростверковых свайных фундаментах в сейсмических районах не
допускается. Весь цикл инженерно-геологических изысканий, проектирования и
строительства нужно выполнять при постоянном контроле качества работ.
§ 5. Погружение свай в слабые грунты
Слабыми называют сильносжимаемые грунты с незначительной
несущей способностью, на которых возводить здания и сооружения
без принятия специальных мер затруднительно. Слабые глинистые
грунты характеризуются почти полной водонасыщенностью, значи
тельным коэффициентом пористости, большой и неравномерной
сжимаемостью. Модуль общей деформации их Ео менее 300—
500 кгс/см2.
К слабым грунтам относят илы, торф, заторфованные грунты, глины и суглинки
текучепластичной консистенции, супеси с коэффициентом пористости более 0,7. В
отличие от других строительных материалов слабые глинистые грунты могут упрочняться
под напряжением.
Для районов залегания слабых грунтов основным типом фундаментов является свайный.
СНиП П-17—77 и другие нормативные документы рекомендуют обязательно прорезать
сваями толщу слабых сильносжимаемых грунтов и опирать острия на толщу несущих
слоев.
Наличие слабых грунтов в зоне сооружения свайных фундаментов вызывает негативное
(отрицательное) трение, которое нужно учитывать при определении несущей
способности сваи. Негативными называют силы, возникающие на боковой поверхности
сваи при осадке околосвайного грунта и направленные вертикально вниз.
Негативные силы возникают под влиянием дополнительных нагрузок, вызывающих
сжимаемость прослойки слабых грунтов. Такие явления наблюдаются в грунтах II типа
просадочности, а также в свежих насыпях высотой более 1,5—2 м, уложенных на толщу
слабых грунтов. В этих случаях величину расчетных сопротивлений по боковой
поверхности грунтов, расположенных выше низшей отметки прослойки слабых грунтов,
принимают со знаком минус.
Из-за необходимости прорезки сваями толщи слабых грунтов в строительстве широко
используются железобетонные сваи дли-
ной от 12 до 40 м, для погружения которых применяют копровые агрегаты большой
грузоподъемности и сваепогружающие механизмы с повышенной энергией удара.
Для исключения деформаций в таких длинномерных сваях, возникающих при перевозке и
подъеме на копер перед погружением, их изготовляют сечением 35x35, 40X40 и 45x45 см
с соответствующим увеличением расхода металла на армирование.
Длинномерные сваи, прорезающие слабые грунты, не увеличивают расчетные нагрузки,
поэтому изменение сечения и массы сваи с соответствующим расходом металла приводит
к удорожанию объекта и удлиняет сроки строительства.
Составные сваи. С целью снижения объемов и стоимость работ по сооружению свайных
фундаментов на слабых грунтах с 1964 г. начали применять составные сваи сечением
30X30 и 35Х Х35 см и трубчатые. Составные сваи изготовляют длиной элемента до 12 м.
Для их погружения можно применять самоходные копровые агрегаты, а для забивки их —
распространенные типы молотов.
В практике строительства применяют различные типы стыков секций свай. Сварной стык
сваи, разработанный Ленпроектом (рис, 6,5), применяется также в Москве. В
стыкуемых.торцах предусмотрены металлические рамки из угловой стали, которые
сваривают между собой вертикальными накладками или по периметру.
Болтовое соединение свай, разработанное НИИОСПом, широко применяют для стыковки
сваи сечением 30X30 см и длиной до 35 м в Латвийской ССР и других районах
Прибалтики.
В Мурманске для стыкования свай применяют соединение стаканного типа. В верхнем
торце нижнего звена сваи из стальной трубы имеется стакан, на который для погружения
устанавливают торец верхнего звена, выполненный из бетона с рифленой поверхностью.
При ударах молота по свае рифленый бетон заполняет полость стакана до упора в торец
нижнего звена, после чего продолжается погружение составной сваи.
В Москве, а также в Кемеровской области и других районах Сибири применяют способ
цангового соединения свай (6.6), разработанный Главмоспромстройматериалами и
Главмосстроем. В торцах такой сваи имеются круглые полости диаметром 10 см. После
погружения нижнего звена в полость сваи устанавливают соединительный элемент
цангового типа из стальной трубы с деревянными пробками.
Во время погружения составной сваи деревянные пробки забивают в трубу, и они
расклинивают цанговый зажим.
НИИЖБом разработана конструкция стыка составной сваи с использованием
высокопрочных клеев на основе полиэфирных полимеров. Элементы свай соединяют с
помощью штырей из стержневой стали, которые заделывают в полости, образованной в
нижнем звене составной сваи.
Массовое строительство фундаментов на составных сваях под сооружения различного
назначения на расчетные нагрузки от 30 до 100 т в Москве, Ленинграде, Риге, Таллине,
Калининграде, Новокузнецке и в других городах показало их надежность и
экономическую эффективность.
Свойство слабых глинистых грунтов упрочняться при уплотнении целесообразно
правильно использовать. Зачастую геологические организации, не выполнив полного
комплекса исследований слабых грунтов, занижают их прочностные характеристики, что
не позволяет еще на стадии проектирования более эффективно использовать несущую
способность этих грунтов. Так, при строительстве зданий и сооружений на заторфованных
грунтах принятие технического решения зависит от четкой классификации их. Необходимо
помнить, что открытые торфы характеризуются большой
сжимаемостью и быстрой минерализацией (сшиванием) при дос-ступе воздуха,
потому.они непригодны в качестве оснований под сооружения. Погребенные же торфы,
перекрытые толщей минеральных грунтов мощностью в несколько метров, обычно
залегающие ниже уровня грунтовых вод, при тщательном исследовании и принятии мер
сохранности их естественного состояния можно использовать в качестве несущих грунтов.
Для решения вопроса о более целесообразном использовании слабых грунтов
необходимо провести натурные испытания и полевые исследовательские работы с
участием строительных и проектных организаций. В практике . строительства известны
случаи, когда переоценка несущей способности слабых грунтов приводит к аварийным
ситуациям. Слабые грунты до сих пор изучены не полностью, и поэтому невозможно дать
однозначные рекомендации по их целесообразному использованию: следует грамотно
экспериментировать и накапливать отчетные материалы.
§ 6. Методы ускорения процесса погружения свай
В тех случаях, когда по гидрогеологическим условиям или по конструктивным
соображениям необходимо значительно заглублять сваи, следует изыскивать способы
облегчения процесса погружения их в плотные грунты.
К числу таких мероприятий относятся обмазка поверхностей сваи синтетическими
полимерами, глинами, погружение с применением электроосмоса и с подмывом грунта.
Наиболее распространен способ забивки или вибропогружения свай методом подмыва
грунта. Сущность метода заключается в подаче под давлением к острию свай воды,разжижающей грунт и облегчающей вследствие этого процесс погружения.
Погружать сваи способом подмыва грунта разрешается на участках, удаленных от
существующих зданий и сооружений не менее чем на 20 м, так как в процессе подмыва
грунт может разжижаться не только под сваей, но.и на некотором расстоянии от нее.
В рабочих чертежах свайного поля указывают местоположение свай, погружаемых
методом подмыва, и имеющиеся подземные коммуникации.
Расстояния от коммуникаций до мест подмыва грунта должны быть определены в
рабочих чертежах или ППР; они зависят от характеристик и фильтрующих особенностей
грунтов, а также и технического состояния подземных коммуникаций. Если решено
погружать сваи методом подмыва грунта, на стадии разработки ППР должны быть
разработаны мероприятия по обеспечению сохранности подземных коммуникаций на
период производства работ.
В призматических сваях, погружаемых методом подмыва, воду подают по трубе,
подведенной к острию свай с укреплением вдоль ствола или забетонированной в нее (см.
6.6). Для погружения свай в песчаные и илисто-глинистые грунты подмывом достаточны
незначительные усилия от работающего молота или вибропогружателя.
Для погружения свай на глубину более 15 м в плотные связные грунты на квадратные
сваи можно устанавливать по две трубы, располагаемые с двух сторон вдоль ствола сваи.
Наиболее применим метод подмыва грунта при погружении трубчатых свай и свайоболочек. Число труб при погружении трубчатых свай должно быть не менее двух, а при
больших диаметрах— одна труба на 1,0—1,5 м периметра сваи.
Наклонные сваи для погружения с подмывом грунта снабжают двумя трубами для подачи
воды, устанавливаемыми вдоль ствола сваи, и третьей трубой, которую размещают по
верхней грани наклонной сваи.
Для обеспечения равномерного погружения свай с подмывом грунта для предохранения
наконечников от засорения воду подают без перерывов. Исключение составляют случаи,
когда по технологическим соображениям при погружении свай на глубину более 20 м
чередуют подачу воды с подачей в эти же трубы сжатого воздуха.
В табл. 6.5 приведены данные о величинах напора и расхода воды, подаваемой к
подмываемому грунту в зависимости от глубины погружения свай и характеристики
грунтов.
Если необходимо повысить интенсивность подмыва грунта, на наконечнике помимо
центрального отверстия делают ряд.боковых, направленных под углом 30—45° к
вертикали. Диаметр выходного отверстия наконечника принимают в пределах 0,4—0,45
от диаметра трубы, а диаметр боковых отверстий — 6—20 мм. Для уменьшения потерь
давления в системе насосные установки целесооб-
разно размещать с максимальным приближением к месту подмыва грунта. Для
предотвращения наплыва грунта в полость сваи-оболочки подмывные трубки не доводят
до низа свай на 0,5—0,75 м.
Ускорение погружения свай с помощью электроосмоса. Физическая сущность метода
заключается в том, что при кратковременном действии постоянного электрического тока
во влажных связных грунтах происходит движение поровой воды от анода (от
положительного полюса генератора тока) к катоду (отрицательному полюсу).
Это физическое явление используют для погружения сваи. Для этого погруженную сваю
присоединяют к положительному полюсу (аноду) источника тока, а следующую перед ее
погружением — к отрицательному полюсу (катоду) того же источника тока. При
включении тока вокруг сваи-анода образуется грунтовая зона, имеющая пониженную
влажность грунта, а у погружаемой сваи-катода появляется зона повышенного
влагосодержания.
Применять метод электроосмоса целесообразно при наличии во-донасы.щешшх плотных
глинистых грунтов, моренных , суглинков и глин. Применение метода электроосмоса
позволяет на 25—40% ускорить процесс погружения сваи, уменьшить нагрузки,
необходимые для погружения сваи. При этом сохраняется целостность бетона сваи во
время ее погружения.
Способ электроосмоса можно также применять для извлечения из грунта металлических
и железобетонных свай (шпунта).
В качестве электродов для погружения свай методом электроосмоса можно использрвать
продольные полосы, заделываемые в тело неметаллической сваи с наружной стороны
или стержневую арматуру железобетона, которая должна иметь выпуски в острие сваи и
ее голове.
В трубчатые сваи при их армировании заделывают электроды для подключения к ним
генератора тока и заземления сваи. Типы электродов, зависящие от степени
водонасыщения и видов грунтов, должны быть определены в проекте производства
работ.
Для обеспечения электробезопасности при производстве погружения свай методом
электроосмоса копер устанавливают на деревянные шпалы-прокладки, а головы свай
(или шпунтин) изолируют от соприкосновения с металлическими конструкциями
копрового агрегата.
При удалении шпунтин из грунта сначала необходимо извлечь 2—3 сваи в ряду через
одну, после чего можно извлекать остальные. В этом случае отдельные шпунтины
должны служить анодом, а извлекаемые — катодом.
Генераторами могут служить источники постоянного тока СМГ-2, сварочные агрегаты СУТ2РУ и САК-2. Распределительный щит, подающий электроток к электродам, должен быть
осна-шен вольтметром и амперметром для постоянного наблюдения за ходом процесса
погружения сваи.
В исполнительную документацию на работы по погружению свай кроме материалов о
характере циклов забивки заносят данные о расположении и габаритах электродов,
напряжении тока и последовательности присоединения и погружения сваи.
Ускорение погружения свай с помощью обмазок. Производить обмазку поверхности свай
синтетическими полимерами целесообразно в тех случаях, когда нет возможности
погрузить их в плотные грунты другими средствами.
Сущность процесса заключается в свойстве некоторых полимеров при взаимодействии с
частицами глинистого грунта смещать с них воду и, занимая ее место, образовывать
пленку на поверхности сваи. Пленка, образованная на поверхности сваи, снижает в
период ее погружения силы трения. После же погружения сваи молекулы полимеров
проникают в грунт и упрочняют его, так как они связывают минеральные частицы.
Для обмазки свай можно применять фурфурол-анилиновые смолы (АС), карбамидные,
полиакриламидные и эпоксидные полимеры.
Свайные фундаменты на вечномерзлых грунтах
На территории Советского Союза районы вечномерзлых грунтов занимают до 40%
площади. Это указывает на важность поисков путей возведения надежных и экономичных
фундаментов на мерзлых грунтах. Многочисленные исследования и опыт эксплуатации
гражданских и промышленных зданий показали, что свайные фундаменты на
вечномерзлых грунтах являются наиболее индустриальными, конструктивно надежными
и экономичными в строительстве.
§ 1. Особенности конструкции
К мерзлым относят грунты, содержащие лед и имеющие постоянную отрицательную
температуру. Мерзлые глинистые грунты обладают высокой прочностью, трудно
поддаются механической обработке, но при оттаивании они превращаются в
разжиженную массу с малой несущей способностью.
К свойствам мерзлых грунтов необходимо отнести также мгновенную и длительную
прочность.
Мгновенной прочностью называют напряжение, вызывающее разрушение, грунта при
мгновенном приложении нагрузки. Напряжения, вызывающие разрушение через
определенный промежуток времени, называют длительной прочностью.
К числу типов свай, применяемых на вечномерзлых грунтах, относят сваи,
устанавливаемые в предварительно пробуренные скважины и заполненные грунтовым
раствором (7.1), сваи, установленные в предварительно оттаенные скважины с заливкой
их грунтом, а также сваи, забиваемые в лидерные скважины (бу-розабивные) или без
предварительной подготовки грунта.
Для строительства на вечномерзлых грунтах применяют деревянные, железобетонные и
металлические сваи. По условиям передачи нагрузок сваи подразделяют на висячие
(вмороженные в грунты) и сваи-стойки. Длина свай колеблется от 6 до 15 м.
Конструкции свай. Железобетонные сваи серии 1.011.3М применяют в районах с
твердомерзлыми грунтами, имеющими температуру ниже минус 0,3° С. Сваи этой серии
рассчитаны на несущую способность от 10 до 150 т.
Сваи серии 1.011-1 с дополнительным армированием, учитывающим усилия от морозного
пучения, применимы в тех районах, где вечномерзлые грунты находятся в
пластичномерзлом состоянии, такие сваи используются как забивные или бурозабивные.
Для рассредоточенных, сооружений рекомендуются металлические сваи с принятием мер
по защите их от агрессивных надмерз-лотных грунтовых вод.
По форме поперечного сечения сваи выпускают квадратные, прямоугольные,
восьмигранные, с заостренным и незаостренным нижним концом.
Налмерзлых грунтах наиболее эффективно работают восьми-гранныёхи круглые сваи
сплошного сечения, поскольку при одинаковом поперечном сечении можно уменьшить
диаметр скважины и одновременно увеличить несущую способность свай.
В зависимости от величины и направления нагрузок применяют вертикальные, наклонные
и козловые сваи.
Ростверки по сваям целесообразно устраивать сборные. Устройство таких ростверков и
укладка сборных плит перекрытий над вентилируемым подпольем не требуют
температурных швов, что снижает стоимость работ. Высота между грунтом и низом
ростверка должна обеспечивать вентиляцию подполья.
Для свайных фундаментов, возводимых по принципу сохранения мерзлого состояния
грунтов оснований, на период строительства нужно обязательно бурить температурные
скважины наблюдения .за смерзанием свай с грунтом.
§ 2. Устройство скважин
Устройство скважин для свайных фундаментов на вечномерзлых грунтах — одна из самых
трудоемких операций, составляющая 70—80% от общих трудозатрат на устройство
фундамента объекта.
Разработку скважин в мерзлых грунтах ведут машинам/ З' но-канатного, вращательного,
ударно-вращательного и термомеханического бурения, а также бурением с помощью
трубча/ых лидеров (буров), погружаемых сваебойными агрегатами.
Имея в виду, что конструкции свайных фундаментов на таких грунтах состоят из большого
количества свай, на каДцом объекте следует подбирать механизмы для устройства
скважин с учетом особенностей грунтов и обеспечения автономности работы машины и
экономичной эксплуатации их.
Машины ударно-канатного бурения применяют редко из-за ограниченной
маневренности, сложности перевозки и затруднения при наводке их на точку
расположения сваи/ Более целесообразно применять в этих условиях машины ударновращательного и термомеханического бурения.
При лидерном способе проходки скважин сваи-лидеры погружают сваепогружающими
механизмами, а извлекают с помощью тяговой лебедки базовой машины.
Способ бурения скважин выбирают с учетом метода погружения свай. Для погружения
свай в скважины с заливкой грунтовым или песчаным раствором, независимо от того, как
и чем образованы скважины, оборудование подбирают только с учетом мерзлот-ногрунтовых условий площадки и возможностей строительной организации. При
бурозабивном способе погружения свай необходимы точные размеры скважин для
забивки свай в соответствии с требованиями проекта.
Мерзлотно-грунтовые и технологические условия для выбора способа бурения и бурового
оборудования охарактеризованы в табл. 7.1; сравнительные технические характеристики
бурового оборудования для устройства скважин в вечномерзлых грунтах приведены в
табл. 7.2.
Технология и механизация работ по устройству скважин подробно изложена в гл. 10 и 11.
§ 3. Погружение свай в вечномерзлые грунты
Способ погружения свай в вечномерзлые грунты выбирают с учетом физикомеханических свойств грунтов, их среднегодовой; температуры, района строительства,
времени года, требований к точности погружения свай и т. п.
Температура вечномерзлого грунта на глубине до 10—15 м в течение года изменяется,
оставаясь все время отрицательной. Эти колебания температуры грунта происходят около
некоторой среднегодовой величины.
Среднегодовую температуру вечномерзлого грунта определяют замером на глубине 10 м,
где сезонные колебания незначительны.. С учетом этой температуры вечномерзлые
грунты условно подразделяют на низкотемпературные (ниже —1,5° С) и
высокотемпературные (от 0° до —1,5е С). Б зависимости от этого выбирают способ
устройства свайных фундаментов, продолжительность вмерза-
ния свай и восстановления расчетных температур грунта около-них, возможность и
срок передачи на сваи расчетных нагрузок.
В условиях низкотемпературных (твердомерзлых) грунтов целесообразно использовать
основания в мерзлом состоянии. Несущая способность сваи в них значительно выше, чем
в высокотемпературных, а сроки вмерзания сваи и начала загрузки фундаментов
значительно меньшие.
При устройстве фундаментов на высокотемпературных вечно-мерзлых грунтах'(в
основном пластичномерзлых) требуется соблюдать особые меры предосторожности и до
начала строительства проводить мероприятия с целью понижения температуры грунтов.
При устройстве скважин большого диаметра требуется искусственно охлаждать грунт для
вмораживания сваи, ибо естественное вмерзание их может продолжаться несколько
месяцев, что удлиняет сроки строительства.
На 7.2 приведен график среднемесячных температур для районов с
низкотемпературными вечномерзлыми грунтами, характерный для Якутска и Норильска,
и рекомендуемые в этих условиях способы погружения свай.
На 7.3 показан график среднемесячных температур с высокотемпературными
вечномерзлыми грунтами с большой амплитудой колебания температур на поверхности и
перечислены рекомендуемые методы погружения свай в эти грунты.
Погружение свай в предварительно подготовленные •скважины с диаметром на 5 см
больше диаметра сваи с заливкой скважин грунтовым раствором производят в
технической/последовательности, указанной ниже: 1) бурят скважины при /температуре в
зоне заделки сваи не выше —0,5° С, при большей температуре
работы допустимо выполнять при условии искусственного охлаждения грунта; 2)
заливают грунтовый раствор в скважину при температуре, равной летней температуре
наружного воздуха, или подогревают его до 20—40° С в зимний период; 3) после
заполнения скважины грунтовым раствором в нее сразу погружают сваи. При работе
летом и осенью для исключения заплывания скважин грунтом их устья следует
обсаживать на глубину, равную толщине оттаявшего слоя мерзлого грунта. Сваи,
погруженные в скважины, рихтуют для обеспечения проектного и высотного положения.
Глубина
проходки скважины должна быть
равна длине сваи или несколько большей. Излишний грунт можно заменять песком,
щебнем или другим сыпучим малосжимаемым материалом.
Для заливки скважин применяют глинистые растворы с песчаными заполнителями.
Раствор должен состоять из 1 части глинистого грунта и 4—12 частей песка, влажность
раствора составляет 25—40%, осадка конуса 10—16 см. Раствор заливают до погружения
сваи. Качество заполнения пазух скважин контролируется отжимаемым на поверхность
раствором.
От подбора состава глинистого раствора зависит продолжительность вмерзания свай и
сроки начала передачи нагрузок на сваи. При температуре грунтов —5° и ниже глинистый
раствор замерзает несколько дней, при температурах же грунтов в зоне за-
делки —0,5—1° С вмерзание свай может длиться несколько месяцев..
Прочность смерзания сваи с грунтовым раствором эквивалентна, характеристикам
несущей способности сваи; она зависит от состава и влажности раствора, а также
температуры грунта.
Желательно, чтобы прочность смерзания сваи с грунтами естественного сложения была
не меньше прочности смерзания ее с грунтовым раствором. Если прочность смерзания
сваи с грунтами естественного сложения будет меньше, чем с грунтовым раствором,
появится прослойка более слабого грунтового раствора, снижающая несущую
способность сваи.
В мерзлых песчаных грунтах применение глинистых растворов-снижает несущую
способность сваи на 25—30% вследствие уменьшения сопротивления по боковой
поверхности при полном использовании высокой прочности песчаных грунтов в торце
сваи.
Размельченный и разжиженный грунт (буровой шлам), извлекаемый в летнее время из
скважин ударно-канатными машинами., применяют в качестве глинистого раствора. Если
буровой шлам. состоит из песка, в раствор добавляют глину.
В районах с низкотемпературными грунтами погружать сваи с оттаиванием мерзлого
грунта можно в течение всего года В тех районах, где температура грунта близка к —1° С,
работы вести допускается с января по сентябрь, когда температура грунта в зоне свай
превышает —1,5° С. В период с октября по декабрь погружать. сваи с оттаиванием грунта
нецелесообразно, так как нижняя часть их будет находиться в зоне с температурой около
—1° С и процесс вмерзания будет проходить длительно.
При промерзании грунта сверху может возникнуть опасность выпучивания грунта снизу
вместе со сваей.
Скважины для установки свай можно образовывать методом оттаивания. Оттаивают грунт
с применением пара, воды открытыми или закрытыми нагревателями.
В закрытых нагревателях вода или пар не поступают в грунт„ а циркулируют в замкнутых
системах, погружаемых в пробуренные скважины диаметром 10—15 см.
В пластичномерзлые грунты для небольшой глубины оттаивания (до 6—7 м) нагреватели
можно погружать в мерзлый грунт забивкой.
Паровая игла для оттаивания вечномерзлого грунта обычно погружается под действием
собственной массы, а в песчаные грунты— от усилия 1—2 рабочих. Поступающий пар
оттаивает мерзлый грунт и перемешивает его. При температуре у наконечника порядка
90° С разогреваемый грунт, соприкасаясь с мерзлым, как бы омывает его, вызывая
интенсивное оттаивание. Сравнительно быстрый процесс оттаивания грунта мало влияет
на температуру окружающих грунтов (7.4)
Процесс погружения свай в оттаянные грунты в два раза де< шевле, чем в пробуренные
скважины. Но процессом оттаивания грунта трудно управлять: сваи вмерзают
неравномерно и медленно. Ориентировочные сроки продолжительности вмерзания свай
приведены в табл. 7.3.
Увеличить несущую способноеть сваи можно повышением прочности смерзания
грунтового раствора со сваей, что до 25% увеличивает сопротивление по ее боковой
поверхности.
Бурозабивные сваи погружают в пластичномерзлые грунты в образованные лидирующие
скважины при температуре грунта не ниже —0,3° С для пылеватых песков, —0,8° — для
супесей, —1°— для суглинков и —1,2° С — для глин.
Расчетную несущую способность бурозабивных свай определяют по нормативным
сопротивлениям мерзлого грунта сдвигу и нормальному давлению. При этом
целесообразна выборочная проверка фактической несущей способности с помощью
статического испытания свай.
Применение бурозабивных свай позволяет уменьшить объем буровых работ, исключает
мокрые процессы, обеспечивает точное
погружение сваи в плане. Облегчить погружение бурозабивных свай можно
предварительным оттаиванием грунта у стенок скважины на несколько сантиметров.
Метод погружения забивных свай в вечномерзлые грунты наиболее экономичен. Для этих
целей используют машины ударного или виброударного действия на базе трактора Д-804.
Погружать забивные сваи можно на площадках, где над несущим слоем грунта залегают
пластичномерзлые глинистые грунты без крупнообломочных включений. Забивные сваи
погружаются под действием ударов, от влияния которых лед под острием сваи плавится и
одновременно уменьшается прочность грунта. Образующийся вокруг тела сваи тонкий
слой оттаявшего грунта облегчает погружение и одновременно ускоряет процесс
вмерзания сваи в грунт.
Вследствие сложности возведения свайных фундаментов на вечномерзлых грунтах
авторский (или заказчика) контроль необходимо вести на всех стадиях производства
работ с оформлением промежуточных актов их приемки.
Шпунтовые ограждения
Шпунтовые ограждения устраивают при строительстве гидротехнических сооружений и на
площадках, где необходимо обеспечить сохранность зданий и сооружений, а также для
предохранения зоны работ от поступления вод. В зависимости от назначения и условий
работ шпунтовые ограждения выполняют из деревянных, железобетонных или
металлических шпунтовых свай.
§ 1. Виды и конструкции шпунтовых свай
Водонепроницаемые ограждения из шпунтовых свай устраивают для защиты котлованов
на площадках с высоким уровнем грунтовых вод, когда всдопонижение экономически
нецелесообразно или вообще неэффективно.
В зависимости от размеров котлована, а также свойств грунта, находящегося ниже его
дна, применяют различные схемы шпунтовых, ограждений (8.1).
Первоначально устраивали только деревянные шпунтовые ограждения, а затем начали
устраивать ограждения из стальных и железобетонных свай.
Материал для изготовления шпунтин выбирают с учетом ряда условий. Забитые
деревянные шпунтовые ограждения почти невозможно извлечь обратно из грунта без
значительных поломок, т. е. повторное использование деревянных шпунтин практически
исключено. Такие . неинвентарные ограждения ложатся большим накладным расходом
на строительство.
Металлические (стальные) шпунтины можно многократно забивать и извлекать из грунта.
Они удобны для перевозки и в целом более рентабельны, нежели деревянные.
Железобетонные шпунтины не извлекают для повторной забивки— их используют как
составную часть (внешнюю оболочку), фундамента.
Различные виды шпунтовых свай показаны на 8.2 и 8.3. Деревянные шпунтины
изготовляют из брусков, выбирая паз и гребень, или делают составными, сбитыми из
досок на гвоздях.
Конструкции железобетонных шпунтин недостаточно совершенны. Их применяют
главным образом в сооружениях по укреплению берегов и в строительстве мостов. Б
плане железобетонные шпунтовые сваи имеют прямоугольную форму с
трапециевидными пазом и гребнем. Длина таких свай обычно не превышает 15 м. При
большей длине во время их транспортирования могут образоваться, трещины.
Стальной шпунт выпускают трех различных профилей: плоский, корытиый и типа
«Ларсен». Тип шпунта выбирают в основном в зависимости от глубины ограждаемого
котлована: чем глубже он, тем больше должен быть момент инерции сечения шпунта. В
табл. 8.1 приведен сортамент стального шпунта по ГОСТ 4781—55 и техническим
условиям 5154—55.
Шпунтовые ограждения представляют собой тонкие подпорные стенки, устойчивость
которых обеспечивается глубокой заделкой в грунт. Благодаря заиливанию зазоров в
замках шпунтовые ограждения вскоре после возведения становятся практически
водонепроницаемыми.
По характеру работы шпунтовые ограждения подразделяют на заанкеровакные,
незаанкерованные (свободно защемленные в грунте) и с распорками. Последние
применяют только в узких котлованах.
В сравнительно неглубоких котлованах (порядка 2—3 м) при прочном грунте ниже дна
устойчивость шпунтового ряда обеспечивается за счет защемления свай. В глубоких
котлованах шпунтовую стенку при помощи тяг соединяют с анкерами, которыми могут
служить уложенные горизонтально сваи и плиты. Число тяг по высоте стенки, зависящее
от условий ее статической работы, определяют расчетом. Анкерные тяги размещают так,
чтобы максимальный положительный момент в шпунтовой стенке был примерно равен
максимальному отрицательному моменту, возникающему от давления грунта.
§ 2. Расчет шпунтовой стенки
Усилие, воспринимаемое анкерной тягой, находят из уравнения суммы проекций всех сил
на горизонтальную ось. По найденному усилию подбирают поперечное сечение анкерной
тяги.
Если плотный грунт не позволяет забить шпунтовое ограждение на необходимую глубину
или, наоборот, в основании котлована залегают слабые грунты (ил, торф), устраивают
двуханкерное шпунтовое ограждение. Второе анкерное закрепление делают на уровне
дна котлована, а шпунтовую стенку несколько заглубляют в грунт основания.
По найденным моментам и RB материала можно определить размеры поперечного
сечения шпунта.
Двойной шпунтовый ряд может иметь несколько распорок по высоте. В таком случае их
размещают исходя из условия постоянства величин изгибающего момента в пролетах при
различных усилиях в распорках или из условия одинакового усилия в распорках.
§ 3. Погружение шпунтовых свай
Для погружения деревянного шпунта на глубину до 6 м применяют вибромолоты и
дизель-молоты с массой ударной части 250 и 600 кг. Устанавливают молоты на легкие
копровые установки всех типов или на краны.
С целью обеспечения точности погружения и плотности заполнения стенки шпунтовые
сваи забивают после устройства направляющих (8.9). Устанавливают направляющие по
ранее погруженным маячным сваям. Количество и шаг маячных свай выбирают исходя из
условия обеспечения точного створа шпунтовой стенки и с учетом толщины досок,
применяемых в качестве направляющих. Наличие скосов в остриях шпунтовых свай
обеспечивает плотное заполнение швов между шпунтинами.
Железобетонные шпунтовые сваи погружают в грунт молотами с большой энергией
удара. Известно, что при погружении обычных свай вокруг тела сваи образуется
уплотненная грунтовая зона, препятствующая погружению соседних свай. По этой
причине минимальное расстояние между обычными сваями принимают М (d — диаметр
или диагональ квадратной сваи). Железобетонные шпунтовые сваи необходимо
погружать вплотную одна к другой, что весьма затруднительно. Поэтому железобетонные
шпунтовые сваи применяют редко.
Во время подъема шпунта на копер необходимо следить за возможным прогибом
конструкций. В тех случаях, когда прогиб возникнет, необходимо поднимать шпунты
подъемным механизмом.
Металлические шпунтовые сваи погружают с применением различного типа
наголовников, конструкция которых зависит от типа сваепогружаюш.их механизмов (8.10).
В практике применяют также наголовники-уловители. Шпунтовую сваю заводят в
наголсвник-уловитель путем рихтовки с земли поднятой конструкции до попадания ее в
щеки уловителя (). Для снижения сил трения в направляющих ранее погруженных
шпунтовых свай нужно смазывать плоскость замка.
С целью снижения расхода металлопроката при устройстве шпунтовых стенок
выполняется анкеровка ограждения к опорам и анкерным сваям (8.12). В качестве якорей
можно использовать существующие сооружения и здания, конструкции которых могут
воспринять горизонтальные нагрузки от шпунтовой стенки. При необходимости для
закрепления анкерных стенок используют как анкера куски металла длиной не менее 2,5
м, железобетонные или деревянные сваи.
После погружения шпунтовых свай забивают анкерные сваи, располагаемые на
расстоянии более величины призмы обрушения грунта. Вдоль ряда шпунтовых свай к ним
на сварке или болтах крепят металлический пояс из швеллеров или других прокатных
профилей, к которым монтируют тяги, идущие от анкерных свай. Тяги нужно делать с
винтовыми приспособлениями для обеспечения равномерного натяжения анкеров от
шпунтового ряда к анкерным сваям. На 8.13 и 8.14 показаны различные схемы устройства
шпунтовых ограждений котлованов
§ 4. Извлечение металлических шпунтовых свай
Ограждения из шпунтовых свай после завершения строительных работ подлежат
извлечению. Для извлечения шпунтовых свай применяют вибропогружатели с
подрессорной пригрузкой, паровоздушные молоты двойного действия, вибромолоты и
специальные, установки на базе гусеничных кранов.
Паровоздушные молоты двойного действия для извлечения шпунтовых свай
устанавливают на них в опрокинутом положении; молоты жестко крепят к голове сваи
стяжными болтами и тросом. Удары молота, направленные вверх, извлекают шпунтовую
сваю из грунта, кран же, на котором подвешен молот, выбирает трос по мере извлечения
ее.
Вибропогружатели, применяемые для извлечения шпунтовых свай, подвешивают на
кранах. Грузоподъемность их должна учитывать усилия трения сваи о грунт- в процессе
извлечения. В этом случае вибропогружатели используют для вибрирования свай с целью
снижения усилий трения.
Усилия, передаваемые на кран при извлечении металлических шпунтовых свай с
применением вибропогружателей," по данным П. А. Преображенской, составляют для
отдельно стоящих шпунтовых свай 6—8 т (60—80 кН), при сопротивлении грунта и одного
замка — 8—10 т, при сопротивлении грунта и двух замков— 12—14 т.
В табл. 8.3 приведены предельные величины заглубления масс шпунтовых свай,
извлекаемых с применением вибропогружателей (по данным О. А. Савинова и А. Я.
Лускина).
При извлечении шпунта вибромолотом наковальню закрепляют вверху с помощью
шпилек с пружинами.
Крановая установка для извлечения шпунтовых свай представляет собой стрелу,
подвешенную вертикально на кране и опирающуюся на грунт.
Усилием тяговой лебедки крана, через полиспаст закрепленной к шпунтовой свае,
извлекают ее из грунта. Величина усилий, необходимых для извлечения шпунтовых свай,
при глубине 5 м составляет 3,5 т (35 кН), 8 м —5,5, 10 м — 8,5, 12 м—12,5, 22 м — 22 т.
Проектирование работ и организация труда
§ 1. Разработка проектов организации строительства и производства работ
В составе каждого технического (технорабочего) проекта разрабатывают проекты
организации строительства (ПОС), в которых. увязывают объемно-планировочные,
конструктивные и технологические решения зданий и их свайных фундаментов с
конкретными условиями организации строительства объекта.
В материалах ПОС объекта, как известно, должны быть обоснованы методы производства
работ, приведены расчеты потребности в строительных машинах и транспорте, в рабочих
кадрах, жилье, объектах культурно-бытового назначения, в складах, воде, паре,
электроэнергии, газе, сжатом воздухе, во временных зданиях и сооружениях,
необходимых для нужд организации на весь период строительства объекта.
Условия строительства свайных фундаментов отражают также в материалах ПОС. На
стадии разработки ПОС для обеспечения качественного и своевременного выполнения
свайных работ особенно важно определить объемы и перечень подготовительных работ
по объекту. К. числу их следует отнести устройство опорной геодезической сети, условия
освоения строительной площадки (снос неиспользуемых зданий и сооружений, расчистка
территории, отключение инженерных коммуникаций), объемы инженерной подготовки
площадки, обеспечение водой, электроэнергией, методы отвода грунтовых и внешних
вод, организацию транспорта свай на площадке и складирование их.
Для объектов со сложными конструктивными решениями свайных фундаментов в ПОС
должны быть тщательно решены вопросы оснащения строительной организации
средствами механизации для производства и контроля свайных работ. До начала работ по
устройству свайных фундаментов строительная организация на основе полученной
технической документации и ПОС разрабатывает проект производства работ (ППР).
Разрабатывают ППР для сооружения свайных фундаментов на основе данных проектной
документации, а также основных положений, изложенных в ПОС и ППР для строительства
объекта в целом. В этих материалах должны быть решены вопросы последовательности
работ, определены исполнители и сроки выполнения комплекса подготовительных
операций, разработаны технические и организационные решения по сохранению
существующих зданий, сооружений, сетей и коммуникаций, оставляемых на период
строительства.
При строительстве свайных фундаментов на реконструированных предприятиях в
материалах ППР предусматривают мероприятия по обеспечению пожаро- и
взрывобезопасности при выполнении строительных работ на данном объекте.
Строительный генеральный план, разработанный генподрядной организацией, должен
определять условия строительства свайных фундаментов.
При разработке ППР по свайным работам надо применять типовые технологические
карты и карты трудовых процессов, в которых применены прогрессивные
технологические приемы работ, оснастка и методы организации труда.
В составе ПНР по свайным работам следует определить места размещения знаков
геодезической разбивки свайного поля, разработать методы контроля положения
фундамента, схемы технологической последовательности погружения свай, средства
механизации работ, комплектование объекта строительными конструкциями, порядок
совмещения свайных работ с подготовительными и последующими работами.
Главный инженер организации, утверждающий проект производства работ, обязан
организовать контроль за его четким выполнением.
Технологические карты могут быть типовыми для конкретных типовых проектов зданий,
но не привязанными к местным условиям. Рабочие технологические карты
разрабатывают для конкретных объектов и с учетом местных условий.
В технологической карте должны быть приведены технологическая схема работ, график
исполнения, объемы, технико-экономические показатели И указаны мероприятия по
технике безопасности.
Для примера рассмотрим образец технологической карты на возведение пятиэтажного
жилого дома серии ШГ-300-10. Этот дом шестисекционный, количество свай4на объекте
275, расчетная нагрузка на сваю 40 т, время погружения свай 15 мин. Погружать сваи
намечено копром на тракторе С-878М или копром на базе экскаватора Э-10011.
Нормативные материалы приняты по разработкам ЦНИИБ Мосстроя для московских
строительных организаций.
Организация рабочего места и схема раскладки свай показаны на 9.3. Технологическая
схема и схема организации погружения сваи копром на базе экскаватора приведены на
9.4, где указаны подъездные пути к котловану, площадки для складирования сваи, места
установки крана, габариты котлована, которые должны быть приняты генподрядной
организацией, разработавшей стройгенплан объекта. Такая же схема организации работ
на площадке принята и при использовании копра на тракторе.
На 9.5 показана схема погружения сваи копром на базе экскаватора. В качестве
сваепогружающего механизма принят штанговый дизель-молот С-330 с наголовником
(см. 3.22).
Как видно из графикоз, применение тракторного копра по сравнению с копром на
экскаваторе увеличивает затраты труда на погружении сваи на 25,63 чел-дн. и удлиняет
сроки работы на 6 дней.
Технико-экономические показатели двух вариантов схем производства работы
приведены в табл. 9.3 и 9.4.
Состав строительных машин для каждого варианта технологической карты различен, что
связано с различной организацией подачи свай в зону погружения. В целом результаты
расчетов показывают предпочтительность применения копра на базе экскаватора.
Совмещать процесс погружения сваи с другими строительными работами согласно
требованиям техники безопасности можно при условии, если рабочие других профессий
находятся от работающего копра на расстоянии не менее высоты копровой стрелы плюс 5
м. Это расстояние для самоходных базовых машин равно 25 м.
§ 2. Организация труда
В последние годы для устройства свайных фундаментов широко применяют копровые
самоходные базовые машины. Вследствие повышенной маневренности и быстроты
монтажа они вытесняют рельсовые копры, на обслуживание которых требуются
значительные затраты труда. Кроме того, внедряемое дистанционное управление
работой сваепогружающих механизмов и большая энергия их удара позволяют более
эффективно использовать эти механизмы на свайных работах.
Для улучшения организации труда на стройках рекомендуется проводить следующие
организационно-технические мероприятия: выбор оптимального количества и марок
механизмов и машин, оп-; ределяющих выбираемую технологию работ; внедрение более
совершенной технологии работ на основе передового опыта и с учетом новейших
разработок научно-исследовательских организаций; организация специализированных
звеньев и комплексных бригад; внедрение метода бригадного хозрасчетного подряда,
способствующего улучшению организации труда; применение прогрессивных норм
выработки и форм оплаты труда; совмещение материального поощрения с моральными
стимулами.
Сваи, расположенные кустом, погружают в последовательности, показанной на 9.9. Такая
схема принята из-за образования вокруг тела погружаемой сваи зоны уплотненного
грунта, затрудняющего погружение последующих свай.
При наличии в фундаменте чередующихся вертикальных и наклонных свай вначале
погружают вертикальные сваи, а потом наклонные.
Карты трудовых процессов, разрабатываемые ВНИИПИ труда и другими организациями,
предназначены для применения в технологических картах, входящих в ППР. В них
обобщен опыт передовых строительных организаций, бригад, рабочих; применяются они
для внедрения прогрессивных методов организации работ, повышения
производительности труда.
В картах трудовых процессов приводятся схемы технологии и организации работ, набор
приспособлений, инструмента, инвентаря и данные по производительности труда.
Для примера на 9.10, 9.11 и 9.12 приведена часть материалов карты трудового процесса
погружения сваи-колонны с контролем ее визированием по маячным сваям.
При разработке графика работ величину трудовых затрат определяют по картам трудовых
процессов, скорректированным применительно к конкретным условиям строительства.
9.12. Выверка свай-колонн визированием. Копровщик К и закоперщик 3 визированием ио
маячным сваям определяют направление отклонения сваи от вертикального положения
Согласно разделу 12 «Единых норм времени и расценок» трудовые затраты на
выполнение операций по погружению свай зависят от длины примененных свай и чистого
времени на их забивку. Замер фактически затрачиваемого времени на забивку
производит инженер по труду вместе с производителем работ:
Нормы раздела 12 на погружение сваи учитывают также объемы подготовительных и
вспомогательных операций, сопутствующих процессу погружения свай.
Многолетний опыт показал, что принятая методика оплаты труда не повышает
заинтересованности рабочих в увеличении расчетных нагрузок, для достижения которых
можно погружать сваи. Зачастую увеличить несущую способность свай на 50—60% можно
путем увеличения времени погружения сваи на 10—15 мин (или 10—15% общего
времени, затрачиваемого на погружение) и длины ее на 40—80 см.
В Москве в опытном порядке, на основе ЕНиР и анализа работы многих лет, в 1973 г. были
внедрены калькуляции трудовых затрат на погружение сваи в зависимости от длины и
несущей способности их с применением самоходных копровых агрегатов. Анализ работы
показал, что за прошедшие 6 лет средняя несущая способность погружаемых свай
увеличилась с 35 до 55 т при среднем росте заработной платы (в сопоставимых данных)
на 5—6%.
§ 3. Охрана труда и техника безопасности
При разработке проектов производства работ кроме положений охраны труда и техники
безопасности, приведенных в СНиП Ш-А.11—70, необходимо руководствоваться
рекомендациями инструкций, изложенных в правилах эксплуатации механизмов и
машин.
Одним из полных документов по вопросам техники безопасности является «Руководство
по производству свайных работ и технике безопасности при эксплуатации копров и
копрового оборудования на базовых машинах и рельсовом ходу», разработанное
ЦНИИОМТП и утвержденное Главмосстроем в 1975 г.
В дополнение к приведенным в предыдущих главах материалам о правилах эксплуатации
машин особое внимание должно быть обращено на изложенные ниже положения
охраны труда и техники безопасности при строительстве свайных фундаментов из
забивных свай.
Дороги и площадки, ограждение территории строительства должны соответствовать
требованиям СНиП «Организация строительства» и условиям, приведенным в проекте.
Перед началом работ на рельсовых копрах необходимо проверить качество устройства
рельсового пути, обязательно заземлить его. На обоих концах рельсового пути нужно
установить концевые выключатели или механические упоры. В процессе работы
рельсовых копров необходимо регулярно проверять положение рельсов и производить
их рихтовку.
К производству работ на всех типах копров допускаются рабочие не моложе 18 лет,
прошедшие обязательное медицинское обследование, получившие знания копровщиков
и такелажников с правом -работы на высоте. Они должны знать правила эксплуатации
грузоподъемных механизмов, поднадзорных Госгортехнадзору, пройти обучение по
технике безопасности и получить от квалификационной комиссии соответствующие
удостоверения.
Строительная площадка вокруг работающего копрового агрегата, радиус которой на 5 м
превышает длину копровой стрелы, является опасной зоной. Линейную опасную зону
ограничивают площадкой, имеющей длину, равную длине троса, которым подтягивают
сваи, и ширину 10 м. Площадки складирования изделий места стоянки копра и места
раскладки свай также относят к опасным зонам.
Опасной зоной при срубке свай считается круговая зона вблизи срубаемой сваи, равная
длине выступающей над землей сваи плюс 5 м. Все опасные зоны должны быть
обозначены предупредительными надписями. Выполнять последующие работы в
опасной зоне не разрешается.
Оснащение копрового агрегата приспособлениями, контрольными и регулирующими
приборами, с помощью которых обеспечивают безопасные условия производства работ, а
также рабочих, занятых его обслуживанием, должно соответствовать оснастке
грузоподъемных машин, поднадзорных Госгортехнадзору.
Боковые колебания наголовника и молота не допускаются. Зазор между направляющими
и наголовником или молотком не должен превышать 10 мм. Во время перерывов в
работе молота его опускают на ранее погруженную сваю или опирают на деревянную
подставку.
У копровых агрегатов, погружающих сваи длиной более 12 м, стрелы должны иметь
опоры на землю.
В опасной зоне, расположенной вблизи высоковольтных сетей, вести свайные работы при
напряжении до 20 кВ разрешается на расстоянии от крайних проводов более 10 м, при
напряжении до 35 кВ — более 15 и до 110 кВ — более 20 м.
В зоне прохождения высоковольтных сетей работы разрешено выполнять рабочим и
инженерно-техническим работникам, прошедшим специальный инструктаж и имеющим
разрешение от эксплуатирующей сети организации.
Перемещать копровые агрегаты в этих зонах разрешается только в присутствии
ответственного представителя эксплуатирующей организации, имеющего допуск на
работу вблизи линии электропередач. За пределами зоны, ограниченной допускаемыми
расстояниями проводов сетей от грузовых тросов или крайних точек стрел, перемещать
агрегаты допускается на расстоянии не ближе указанных ниже.
Основные положения правил техники безопасности при работе на вечномерзлых грунтах
должны быть изложены в проектах производства работ и правилах эксплуатации машин и
механизмов, занятых на основных и сопутствующих работах.
На стадии проектирования свайных фундаментов необходимо учитывать особые условия
охраны труда и техники безопасности при выполнении работ на вечномерзлых грунтах. В
случае необходимости в рабочих чертежах или ППР разрабатывают решения,
обеспечивающие безопасность работ на устройстве скважин, при оттаивании мерзлых
грунтов и погружении свай.
В указанных материалах должны быть решены вопросы организации складирования
основных и вспомогательных материалов в зоне строительных работ, условий
организации энергоснабжения, безопасной эксплуатации сетей и электроустановок,
эксплуатации паросилового хозяйства; разработаны методы приготовления грунтовых
растворов и заливки их в скважины.
Технологическое оборудование и материалы (металл, тросы, смазочные материалы и пр.)
должны соответствовать требованиям, предъявляемым к ним для работы в условиях
Крайнего Севера с учетом низких температур и значительных ветровых нагрузок,
характерных для данных районов.
При наличии ограничений, допускаемых при эксплуатации конкретного оборудования и
материалов, технический персонал и непосредственные исполнители должны быть
оповещены об этом до начала работ.
При производстве буровых работ, паропрогреве, работе с пнев-моогневыми машинами
в проектах производства работ должны
быть разработаны мероприятия, предохраняющие выброс пара, разжиженного грунта,
его частиц и др.
Вентили и краны систем и применяемого оборудования нужно располагать в
легкодоступных местах и предохранять теплоизоляцией. Заземлять машины и механизмы
необходимо по инструкциям для северных районов с учетом наличия вечномерзлых
грунтов, обладающих большим омическим сопротивлением.
Зона строительной площадки, где производят электро- или па-ропрогрев грунта, должна
быть ограждена и иметь предупредительные надписи. Персонал строительной площадки,
работающий вблизи тех участков, где производят электро- и паропрогрев грунта, должен
быть предупрежден об опасной зоне и дополнительно проинструктирован.
Для очистки свай, подвешенных на краны, от налипшего грунта при прогреве их перед
погружением необходимо проверить надежность закрепления свай на стропах и на
грузоподъемном механизме.
Покрывать верхние части свай смолами или полимерами для защиты от воздействия
воздуха необходимо на специально подготовленных площадках с соблюдением правил
производства работ и пожарной безопасности.
При опускании сван в скважины удерживать ее от раскачивания молено лишь с помощью
инвентарных распорок без прикасания к ним руками.
Участки, где устраивают буровые скважины, прогревают грунт и выполняют другие работы
по устройству свайных фундаментов, необходимо ограждать для запрещения доступа на
них людей, не имеющих отношения к работам и не ознакомленных с правилами, техники
безопасности.
Набивные сваи. Виды и конструкции набивных свай
§ 1. Общие сведения
Понятие «набивные сваи» объединяет большое число различных конструкций свай и
методов их изготовления. Но для всех видов набивных свай принципиально общей
является основная технологическая схема: в грунте тем или иным методом устраивают
скважину, которую затем заполняют бетоном.
Если до заполнения скважины бетоном в нее опускают стальной арматурный каркас, то
получается железобетонная набивная свая. ,
Применение того или иного способа устройства скважины и способа заполнения ее
бетоном зависит от многих факторов: геолого- и гидрогеологических условий
строительной площадки, эксплуатационных требований к свайному фундаменту,
механовооружен-ности строительства и т. п.
Как отмечалось ранее, технологию устройства набивных свай впервые предложил
инженер А. Э. Страусе, который применял их в 1899 г. на строительстве зданий
управления Юго-западными железными дорогами России.
Набивные сваи были широко распространены в начале XX в. Кроме свай Страусса тогда
появились и другие их системы: «Комп-рессоль» (Франция, 1900 г., конструкция
предложена Дюлаком), «Симплекс» (США, 1903 г., предложена Ф. Шуманом), «Франки» и
«Франкиньоль» (Франция, 1909, предложены Ф. Франкиньолем) и др..
К настоящему времени в разных странах разработано большое количество различных
видов бетонных и железобетонных набивных свай.
В Советском Союзе набивные сваи применялись ранее в мостостроении, при
строительстве крупных зданий (некоторых новых высотных в Москве), при сооружении
Белгородской ЦЭС и Кине-шемской ТЭЦ, а также для усиления фундаментов ранее
выстроенных зданий (Малый театр в Москве, надстройка здания Госбанка) и др.
Ограниченное применение набивных свай в довоенный период объясняется в основном
их относительно высокой стоимостью по сравнению со стоимостью устройства других
видов фундаментов. Поэтому набивные сваи раньше применяли в тех случаях, когда
нельзя было использовать забивные сваи из-за вибраций, возни
кающих в грунте в процессе их забивки, или когда устроить фундаменты без свай
затруднительно.
Возросшие возможности техники бурения, вибропогружения,
взрывания в шпурах, бетонирования, а также создание новых ма
шин для устройства набивных свай — все это вместе взятое в по
следние 10—15 лет повысило интерес к устройству набивных свай
и обусловило появление новой машинной технологии и новых кон
струкций.
В настоящее время из общего объема свайных фундаментов в стране, достигающего 5
млн. м3 железобетона в год, 10% приходится на набивные сваи. В США, ФРГ, Японии и
некоторых других странах, отличающихся специфическими условиями строительства
(оборудование, кадры) и иными его масштабами, набивные сваи составляют 40—60%
объема применения всех видов свай.
В отечественном строительстве широко применяют набивные сваи на ведущих
промышленных стройках страны — КамАЗе, Нижнекамском нефтехимкомбинате,
Атоммаше и др. Применение набивных свай в ряде случаев дает значительный эффект.
Например, на строительстве КамАЗа экономия прямых затрат составила 7 млн. руб. по
сравнению с устройством несвайных фундаментов, а общий экономический эффект с
учетом сокращения сроков строительства (расчетный) превышает 100 млн. руб.
На строительстве Камского автозавода устройство набивных свай велось впервые с
внедрением поточной технологии и организации работ. Практика этого строительства и
обширные исследования, проведенные НИС Гидропроект, отражены в данном разделе.
Характерными современными тенденциями в области устройства набивных свай
являются следующие: повышение несущей способности этих свай путем увеличения
площади их опирания на грунт; применение коротких набивных свай (2,5—6 м) в
массовом жилищном строительстве; создание специализированных строительных
организаций, выполняющих работы по устройству набивных свай.
При описании способов выполнения работ по устройству набивных свай будет
рассмотрено изготовление так называемых грунтовых свай. Скважины для таких свай
делают в основном теми же способами, что и для набивных бетонных свай, а затем
заполняют грунтом.
По конструктивному назначению, размещению в плане и работе, в грунте между
бетонными сваями и грунтовыми имеется принципиальное различие. Бетонные или
железобетонные сваи представляют собой жесткие стержни, составляющие основную
часть свайного ф у н д а м е н т а. От таких свай нагрузка от сооружения передается грунту.
Понятие же «грунтовая свая» является условным. Назначение последней состоит только в
уплотнении грунта, залегающего ниже подошвы фундамента. По окончании работ по
уплотнению грунта грунтовыми сваями они физически перестают существовать и вместе с
уплотненным грунтом образуют более или менее однородное искусственное основание.
Чем больше материал
грунтовых свай по своим свойствам и составу приближается к свойствам и составу
уплотняемого грунта, тем однороднее будет и с-кусственное основание.
В настоящем разделе описаны современные методы изготовления набивных бетонных и
железобетонных свай, применяемых в отечественной и зарубежной практике, а также
особенности конструкций фундаментов на набивных сваях.
§ 2. Виды набивных свай и способы их изготовления
В зависимости от материала, конструкции и способов изготовления различают следующие
виды набивных свай:
по материалу — бетонные, железобетонные, песко- и грунто-бетонные, песчаные,
грунтовые, комбинированные с применением металлической, асбоцементной и
синтетических оболочек, сборного железобетона, дерева;
по глубине заложения — короткие (до 6 м) и длинные (более 6 м). - Кроме этого,
набивные сваи подразделяют:
в зависимости от расположения свай в плане — одиночные, свайные кусты, полосы и
поля;
по способу заделки — со свободной головой и заделкой в бетон ростверка или
фундаментной плиты;
по отношению оси к горизонтальной плоскости — вертикальные и наклонные;
по горизонтальному сечению ствола — круглые сплошные и кольцевые;
по вертикальному сечению ствола — цилиндрические, гофрированные, конические, с
уширенной пятой;
по характеру работы в грунте — висячие сван, сваи-стойки и анкерные.
Способы образования скважин следующие: механическое и вибромеханическое бурение,
пробивка отверстий конусом или лидер-ной трубой, бурение под глинистым раствором,
взрывной метод.
Применяют следующие способы бетонирования ствола: прямое, с применением
вертикально перемещающейся трубы (ВПТ), под глинистым раствором, под защитой
обсадной трубы, бетонирование с трамбованием, пневмо- и гидропрессование,
раздельное бетонирование и др.
Способы образования уширен и й стволов возможны следующие: механическое
трамбование, механическое бурение сухим способом или под глинистым раствором,
гидро- и электромеханическим раздавливанием, термомеханическим бурением,
вибрированием, пневмо- и гидропрессованием и взрывным методом.
В основу предлагаемой в настоящей работе классификации, набивных свай положены
способы устройства скважин и методы их бетонирования.
На практике применяют два основных способа образования скважин под набивные сваи
для последующего заполнения их бетоном: бурением или пробивкой грунта. По первому
способу в зависимости от грунта скважины бурят без укрепления стенок или с
укреплением их глинистым раствором, а также под защитой обсадных труб. По второму
способу скважины пробивают тоже в зависимости от вида грунта сердечниками или
трубами с глухим нижним концом, трубами с теряемым башмаком или трубамиоболочками с глухими нижними концами, которые остаются в грунте. Последний метод
является переходным к установке забивных полых свай с глухим нижним концом.
Схемы образования скважин для устройства набивных свай показаны на 10.1. Как видно
из схемы, устройство набивных свай можно разделить на шесть основных групп. В первые
три группы входят те виды набивных свай, для устройства которых скважины образуют
бурением. Эти группы получили общее название буро-набивных свай.
Три группы набивных свай, для устройства которых скважины пробивают, пока еще не
имеют объединяющего названия.
Ниже дана краткая характеристика шести групп свай с учетом методов их устройства.
I группа — сваи, для которых скважины образуют бурением сухим способом без
глинистого раствора и обсадных труб: скважины бурят роторным или другим способом
без уширения ствола или пяты или с уширением (сваи камуфлетные, с разбуриваемой
пятой, лучевидные); скважины образуют с лидерным буровым шпуром с последующим
увеличением их диаметра до заданных размеров с помощью взрыва (гофрированные
сваи и др.); то же, роторным бурением из разбуриваемых пород с добавлением цемента
(грунтобетонные сваи).
II
группа — сваи, для которых скважины образуют роторным
бурением без обсадных труб, а бетонирование ведут под глинис
тым раствором: диаметром до 1 м (системы НИИСП Госстроя
УССР и др.); диаметром более 1 м — буровые опоры (системы
ЦНИИС Минтрансстроя и др.).
III
группа — сваи, для которых бурят скважины с примене
нием обсадной трубы, бетонирование производят под защитой по
степенно извлекаемой трубы: бетонирование ведут механическим
трамбованием бетона, подаваемого в скважину (сваи системы
Страусса, Беното и др.); сваи образуют пневматическим прессо
ванием бетона (сваи системы Вольфсхольтца, Грюна, Медведева,
Боженкова и Гузеева); бетонирование ведут гидравлическим прес
сованием бетона (сваи системы «Мает — Михаэлис» и др.).
IV
группа — сваи, для которых отверстия в грунте образуют
штампами и бетонирование ведут без обсадки: сваи, для которых
отверстия в грунте пробивают конусами-штампами (сваи систем
«Компрессоль», Пангаева, опоры в вытрамбованных котлованах
и др.); отверстия в грунте образуют виброметодом или вдавлива
нием (сваи конусные и др.).
V
группа — сваи, для которых скважины образуют забивкой
в грунт массивной оболочки со съемным башмаком или раскрыва
ющимся наконечником; бетонирование производят с постепенным
извлечением оболочки (сваи систем «Симплекс», «Або-Лоренц»,
«Франки», частотрамбованные и др.).
VI
группа — сваи, для которых скважины образуют забив
кой в грунт металлической оболочки, остающейся в грунте: в
грунт забивают металлическую оболочку с сердечником (или без
него), затем сердечник удаляют и оболочку заполняют бетоном
(сваи систем Штерна, Раймонда, Монотюба, Макартура, Вильгель-
ми, Луги и др.); забитую в грунт массивную металлическую обо
лочку заменяют более тонкой, остающейся в грунте с последую
щим бетонированием (сЕаи систем Макартура, Вестерна и др.).
Указанные в этой классификации границы между различными группами свай условны и
подвижны. На практике применяют набивные сваи всевозможных комбинированных
конструкций, и число возможных комбинаций весьма велико. В мировой и отечественной
практике насчитывают до 190 типов набивных свай. Например, камуфлетные сваи нами
отнесены к I группе (описаны они в гл. 13). Этот же тип свай изготовляют под защитой
обсадных труб (II группа), в скважинах, образуемых забивкой оболочки (V группа).
Предпочтение в данном случае отдано I группе по методическим соображениям — как
наиболее простому .способу устройства ка-муфлетных свай.
На выбор способа устройства набивных свай, зависящего от многих факторов, прежде
всего оказывают влияние геологические и гидрогеологические условия строительной
площадки. Решая вопрос о применении буронабивных свай или же свай, скважины для
которых устраивают забивкой, следует иметь в виду, что в случае устройства набивных
свай IV, V и VI групп околосвайный грунт уплотняется, вследствие чего несущая
способность таких свай становится близкой несущей способности забивных свай. '
Конструкции распространенных в настоящее время буронабивных свай I, II и III групп
целесообразны тем, что они позволяют применять сваи больших диаметров и облегчают
устройство уширенной пяты. В конечном счете можно изготовлять набивные сваи этих
групп с несущей способностью, значительно превосходящей несущую способность
забивных и набивных свай IV—VI групп.
Современная технология изготовления буронабивных свай с помощью комплексных
агрегатов дает возможность устраивать их с уширенной пятой. Поэтому в дальнейшем
будут рассмотрены отдельные вошедшие в практику строительства приемы изготовления
буронабивных свай как с уширенной пятой, так и без нее.
§ 3. Способы устройства уширенной пяты
Для повышения несущей способности буронабивных свай во многих случаях
целесообразно увеличить площадь их опирания.
Ниже рассмотрены шесть основных способов устройства уширенных пят свай: 1)
различными приемами механического трамбования бетона в скважинах; 2)
виброударным способом, изготовления набивных свай; 3) путем пневматического
прессования ствола набивной сваи. Этот метод применим при устройстве свай Вольфсхольтца, Боженкова и Гузеева, Грюна, т. е. для свай II типа; 4) специальными
разбуривающими механизмами, с помощью которых ниже забоя скважины образуется
шаровидное пространство диаметром, значительно превышающим диаметр скважины.
Образованную шаровидную полость заполняют бетоном; 5) с помощью камуфлетного
взрыва. В скважину опускают заряд взрывчатого вещества, затем часть ее заполняют
пластичным или литым бетоном, после чего производят взрыв. Полость ниже забоя
скважины, образующаяся после взрыва, тотчас заполняют бетоном, поступающим из
ствола скважины; 6) с помощью электромеханического или электрогидравлического
устройства, раздвигающего (раздавливающего) грунт в основании скважины.
Уширять основания можно отдельными или комплексными механизмами, которые в
процессе бурения скважины образуют уширенную пяту. Например, известный свайный
агрегат фирмы «Бено-то» может бурить скважины под обсадкой и при необходимости
уширять основание сваи.
При описании технологии устройства свай такими агрегатами устройство ствола и
уширенной пяты рассматривают совместно.
§ 4. Конструктивные особенности фундаментов из набивных свай
Особенности набивных свай состоят в том, что каждая свая может воспринимать
значительные сосредоточенные нагрузки — до 1000 т, что дает возможность в ряде
случаев отказаться от устройства ростверка, необходимого при любом другом решении,
или значительно сократить его размеры. Набивные сваи особенно целесообразно
устраивать под здания с весьма большими нагрузками на их фундаменты.
В цехах и промышленных зданиях точечные нагрузки на объектах металлургии достигают
4000 т, а в главных корпусах электростанций— 10 000 т. Нагрузки на одну колонну будут
400—600 т в ряде отраслей составляют примерно 30%- В жилых и гражданских зданиях
высотой в 16—25 этажей колонны воспринимают нагрузки 600 т и более. В то же время
простейшие набивные сваи можно устраивать и под небольшие нагрузки, что важно в
сельском строительстве.
Конструкции набивных свай можно легко видоизменить в соответствии с различными
грунтовыми условиями, схемами, нагрузками и т. д. Более того, у камуфлетных, пневмо- и
гидронабивных свай в процессе сооружения можно изменять размеры в обратной
зависимости от несущей способности грунта.
С целью обеспечения надежной работы конструкций надземных частей зданий и в то же
время эффективного использования несущей способности материалов свайных
фундаментов при привязке проектов можно изменять шаг свай, сечение их стволов
(используя комплект рабочих органов различного диаметра), величину уши-рения,
глубину бурения, марку бетона и т. п.
Главное преимущество набивных свай заключается в незначительных абсолютных и
относительных осадках сооружений. Кроме того, создание узла «свая — колонна»,
затрудненное при устройстве фундаментов на забивных сваях, легко реализуется в любых
вариантах набивных свай. Верх набивной сваи и соответственно ростверк (монолитный
или сборный) можно располагать на любой отметке без устройства дополнительных
переходных элементов, что затруднительно при забивных сваях.
Большая несущая способность набивных свай нередко позволяет обойтись одиночной
сваей вместо куста забиваемых и необходимого для него ростверка и вести монтажные
работы на неразрых-ленной поверхности. Важно и то, что с применением набивных свай
значительно уменьшается количество типоразмеров сборных элементов.
Набивная свая состоит из следующих элементов: ствола (тела) сваи, головы и пяты,
которая может оканчиваться уширенным основанием.
Ствол сваи, как отмечалось выше, можно изготовлять из различных однородных
материалов монолитной или сборно-монолитной конструкции. В отечественной практике
последние изготовляют обычно из железобетона в форме стоек-колонн заданной длины,
погруженных на проектные отметки и оканчивающихся монолитной уширенной пятой.
При значительной длине свай, больших
нагрузках на них или в неблагоприятных гидрогеологических условиях применяют сваи со
стволами-оболочками из металла, железобетонных труб или колец. В зарубежной
практике смешанные
конструкции используют чаще всего в виде гофрированных стальных оболочек,
заполненных бетоном (свай Раймонда).
Стволы набивных свай армируют преимущественно в оголовках. Сплошное армирование
стволов необходимо только для воспринятая значительных изгибающих усилий, а также
при использовании набивных свай в качестве анкеров. В этом одно из отличий набивных
свай от забивных, армирбвать которые необходимо для обеспечения сохранности свай
при перевозке и в процессе забивки.
Возможность значительного увеличения пяты набивных свай
одно из основных их преимуществ и источников экономичности. Диаметр их уширення
больше диаметра ствола обычно в 2,5— 3,5 раза, что соответствует 7—12-кратному
увеличению площади -опирания на грунт. Пределы уширения и геометрия пят зависят от
типов набивных свай и применяемого оборудования (10.2).
Увеличивать несущую способность сравнительно коротких набивных свай можно также
путем устройства нескольких уширений на стволе (10.3).
Исследования несущей способности набивных свай проводились лабораторией
оснований и фундаментов Уралпромстрой-НИИпроекта. Данные этих испытаний с
различным числом уширений свай приведены в табл. 10.1.
Как видно из приведенных данных, обеспечить единицу несущей способности сваи в два с
лишним раза экономичнее путем уширения по сравнению с тем же результатом,
полученным при увеличении диаметра и глубины сваи. Устраивать уширення
целесообразно также с точки зрения экономии трудовых затрат и материалов (табл. 10.3).
Эти данные показывают возможность снижения удельного расхода бетона при устройстве
уширений на стволах свай.
В зависимости от конструкции сооружения, опирающегося на сваи, и нагрузки
конструкции голов предусмотрены в двух вариантах: под ростверк (бетонная площадка,
арматурные выпуски) и под колонны — штыревой монтажный столик или стакан.
На 10.4 показаны основные конструкции оголовков набивных свайка на 10.5 —
возможные варианты стыков свай со сборными рандбалками. Конструкции монолитных
ростверков на набивных сваях ничем не отличаются от аналогичных решений их на
забивных сваях.
В элементах сборных ростверков — рандбалках — узлы сопряжений (стыки) могут быть
сборные и сборно-монолитные. В сборном стыке закладные детали сваривают с помощью
накладных пластин или делают арматурные выпуски, фиксирующие положение
рандбалки через специальные каналы; в сборно-монолитном стыке применяют
арматурные выпуски.
Ниже описаны характерные конструкции фундаментов на набивных сваях. Примерами
таких фундаментов могут служить подземные части домов с техническим подпольем. Их
устраивают под бесподвальные здания с продольными несущими стенами, поперечными
несущими перегородками И каркасные.
Бесподвальный дом из коротких набивных свай, построенный в Киеве по предложению
Д. А. Романова, был первым в отечественной практике сооружением на таких сваях.
Под каждую поперечную несущую стену-перегородку были предусмотрены две сборные
рандбалки, каждая из них оперта на четыре сваи с камуфлет-ным уширением. Сборные
рандбалки соединены с головами свай арматурными стержнями.
На 10.6 показаны план и конструкции подземной части пятиэтажного дома на набивных
сваях, построенного в Москве. Головы свай соединены сборным железобетонным
ростверком.
Все сваи, рассчитанные на нагрузку в 50 т, имеют один размер и отличаются только
конструкцией закладных элементов. Диаметр сваи 40 см, уширение 100 см, длина сваи с
пятой 3 м. Всего под трехсекционное пятиэтажное здание было устроено 111 свай.
В проекте было предусмотрено три варианта конструкции подземной части с
применением камуфлетных свай: стойки и рандбалки сборные; сваи и балки монолитные;
смешанный — монолитные сваи и сборные рандбалки.
Сборный железобетонный ростверк расположен на отметках в двух уровнях: под
наружные стены непосредственно по сваям, а под продольную стену поднят на отметку —
0,73. Весь ростверк смонтирован из 49 ранд-балок пяти марок. Для соединения их со
сваями в балках предусмотрены вертикальные каналы сечением 80X80 мм. Каналы после
монтажа были заполнены раствором, а балки соединены сваркой.
Для того чтобы свести к минимуму земляные работы, отметка пола техподполья поднята
до —1,4 м по всему подвалу, кроме помещений элеваторного пункта и щитовой, где грунт
разрабатывается до отметки —2,6 м. Высота подполья, предназначенного для
коммуникаций, составляет 1,1—1,2 м.
При таком решении на нет сводятся ручные земляные работы по засыпке, уплотнению
пазух внутри и вне здания, планирование полов в техподполье. Работы по устройству
фундаментов (бурение, монтаж и т. п.) ведутся с неразрыхленной поверхности, что
создает благоприятные условия, особенно при производстве работ в условиях глинистых
грунтов.
Несколько иное конструктивное решение имеет фундамент на камуфлетных сваях дома
серии 1-480.. Сваи применены здесь двух типов при одной глубине заложения — 2,5 м и
отличаются друг от друга величиной камуфлетного vimipe-ни'я (100 и 120 см).
Расположение свай в плана сделано иначе, чем в жилом доме серии 1-515. Сваи и
рандбалки размещены в строгом соответствии с конструкцией надземной части здания в
точках пересечения осей. Для равномерного распределения нагрузок на сваи введен
второй тип камуфлетного уширения. Шаги свай под наружные и внутренние продольные
стены приняты 2,6 и 3,2 м, под поперечные —-2,5 м.
В проекте серии 1-515 ростверк по оси Б поднят на отметку низа перекрытия в отличие от
проектов, описанных выше. Хотя технология производства работ несколько усложнена,
однако при такой конструкции меньше расходуется сборного железобетона, так как низ
средней продольной стены до отметки перекрытия заменяется сваями.
В фундаменте описываемой конструкции дома ростверк устроен сборно-монолитный.
Рандбалки были соединены между собой сваркой выпусков арматуры, к которым
приварены два стержня, выходящие из сваи. Затем стык был обето-иирован. Сборномонолитный ростверк жестче сборного; он легче воспринимает возможные
неравномерные напряжения. Недостатком такого сопряжения является большая его
трудоемкость, особенно в зимний период.
Конструкцию фундамента для каркасно-панельного дома можно применять для любых
других каркасных зданий при нагрузках на колонну в пределах несущей способности
одной сваи (10.7). Обычно фундаменты для каркасных домов выполняют из сборных
железобетонных башмаков-подколонников и колонн с консолями, на которые опирают
цокольные панели. В этом проекте предусмотрено три типа свай. Свая типа КС-1 для
внутреннего ряда колонн имеет уширение 1,2 м. Верх сваи оканчивается монтажными
столиком 40x40 см из стального листа толщиной 10 мм, приваренного к выпускам
арматурного каркаса. Свая КС-2 для наружного ряда колонн в соответствии с меньшей
нагрузкой
имеет меньшее уширение —90 см. Уширение сваи КС-3 под балконные стойки ввиду
незначительных нагрузок принято меньшее — 60 см. Сборные колонны сечением 30X20
см оканчиваются монтажными столиками.
Сваи стыкуют с колоннами путем сварки монтажных столиков. Ряд аналогичных зданий
построен со сборными железобетонными стойками
§ 5. Определение несущей способности набивных свай
Несущую способность набивных свай, как и забивных, определяют по наименьшемузначению несущей способности, полученному исходя из~ следующих двух условий:
сопротивления материала свай и сопротивления грунта основания свай.
При расчете несущей способности набивных свай но сопротивлению материала расчетное
сопротивление бетона следует определять с учетом понижающего коэффициента условий
работы т§ = = 0,85, предусмотренного СНиПом по проектированию бетонных и
железобетонных конструкций для сжатых элементов, бетонируемых в вертикальном
положении. Кроме того, вводят дополнительный понижающий коэффициент условий
работы, учитывающий влияние способа производства работ.
При расчете несущей способности набивных свай по формуле (10.3) сопротивление
песчаных грунтов на боковой поверхности сваи с уширенной пятой учитывают на участке
от уровня планировки до пересечения ствола сваи с поверхностью воображаемого конуса
(10.9), образующей которого служит линия, касающаяся границы уширения под углом
'ф1°/4 к оси сваи — осредненного (по слоям) расчетного значения угла внутреннего
трения грунта, залегающего в пределах указанного конуса.
Для всех видов набивных свай, устраиваемых в глинистых грунтах (за исключением свай с
грунтовым ядром), R определяют по табл. 10.6.
Во всех расчетах полагают, что заглубление набивной сваи в грунт, принятый за
основание, составляет не менее ее диаметра или диаметра уширения для сваи с
уширенной пятой, но не менее 2 м.
При проектировании фундаментов из набивных свай и свай-столбов минимальные
размеры ростверков (10.10) устанавливают исходя из того, что минимальное расстояние
между осями висячих свай без уширения должно быть не менее 3d, где d — диаметр
сваи. Расстояния в свету между стволами свай-оболочек должно быть не менее 1 м,
между уширениями буронабивных свай и свай-оболочек при устройстве их в глинистых
грунтах твердой и полутвердой .консистенции — 0,5 м, в остальных разновидностях
нескальных грунтов— 1 м.
При выборе системы свайного фундамента следует иметь в виду, что несущая
способность набивных свай с уширенной пятой выше, чем без уширения. Поэтому вместо
нескольких рядов свай без уширенной пяты целесообразно применять один или два ряда
свай с уширенной пятой, что позволяет уменьшить размеры ростверка.
§ 6. Область применения набивных свай
Выбирать тип свай следует исходя из конкретных условий строительной площадки на
основе результатов технико-экономического сравнения вариантов проектных решений
фундаментов. Необходимо также иметь в виду, что у каждого типа свай имеется своя
целесообразная область применения. Например, невозможно устраивать набивные сваи
в условиях агрессивных грунтовых или промышленных вод, а готовые забивать в грунты с
включениями камней, валунов и т. п.
Рекомендации по рациональной области применения в строительстве свай различных
видов утверждены Госстроем СССР.
Буронабивные сваи диаметром 0,4—1,7 м (с уширенной пятой или без нее)
рекомендуется устраивать под здания или сооружения любого назначения при больших
сосредоточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках, а также на площадках со
сложными геологическими условиями строительства, в которых невозможно применять
набивные сваи.
Устраивать буронабивные сваи целесообразно также в следующих условиях: в грунтах с
твердыми включениями (в виде остатков разрушенных частей каменных, бетонных,
железобетонных конструкций и т. п.), а также при наличии слоев глинистых грунтов
твердой консистенции, переслоенных галечниками и валунами, что не позволяет
применять забивные или вибропогружаемые сваи; на стесненных площадках, где сложно
транспортировать и устанавливать готовые сваи; вблизи существующих зданий и
сооружений, в которых могут возникнуть недопустимые деформации несущих
конструкций при забивке или вибропогружении свай.
Буронабивные сваи без крепления стенок скважин устраивают в глинистых грунтах
твердой, полутвердой и тугопластичной консистенций (в том числе в глинистых
просадочных и набухающих грунтах), если горизонт грунтовых вод в период строительства
расположен ниже пяты свай.
При проходке скважин в глинистых грунтах мягкопластичной и текучепластичной
консистенций для закрепления их стенок рекомендуется применять глинистый раствор.
В тех случаях, когда грунты строительной площадки представ-. ляют собой
водонасыщенные неоднородные глины текучей консистенции с прослойками песка и
супесей, для крепления стенок скважины при проходке их целесообразно применять
обсадные трубы.
Буронабивные сваи, устраиваемые с помощью специальных станков с закреплением
стенок скважин извлекаемыми (инвентарными) трубами, рекомендуется применять в
любых грунтовых условиях, в особенности тогда, когда нижние концы сваи будут оперты
на скальные или другие виды плотных грунтов высокой несущей способности (твердые
глинистые грунты, крупнообломочные, плотные пески).
Примером массового применения буронабивных свай в фунда-ментостроении может
служить строительство КамАЗа. Технико-экономический анализ показал, что в грунтовых
условиях этого завода было целесообразно применять как забивные, так и буронабивные
сваи. Применялись здесь в основном буронабивные сваи, устройство которых в сжатые
сроки при меньших по сравнению с забивными затратах быстрее обеспечило фронт
монтажных работ.
Для устройства свай применялись установки шнекового бурения, с помощью которых
бурили скважины диаметром 0,6—1,2 м и глубиной до 25 м. Бетонную смесь доставляли
автобетоновозами,, из которых ее укладывали непосредственно в скважины.
Как показали экономические расчеты, трудоемкость работ по устройству фундаментов из
буронабивных свай более чем в 2 раза ниже трудоемкости работ по устройству
столбчатых фундаментов.
Опыт возведения в массовом количестве фундаментов из буронабивных свай позволил
создать на КамАЗе единую схему возведения нулевого цикла без устройства котлованов.
Внедрение буронабивных свай поднимает работы по возведению нулевого цикла на
более высокую техническую ступень.
Набивные сваи, устраиваемые при помощи забивки извлекаемых инвентарных труб с
башмаком, оставляемым в грунте, или забивкой инвентарных обсадных труб и
образованием внутри них ядра из плотно утрамбованной жесткой бетонной смеси в
нижней части трубы. Набивные сваи в пробитых скважинах отличаются от буронабивных
более эффективным использованием несущей способности грунтов. Применять эти сваи
целесообразно в случаях, когда отсутствуют железобетонные сваи или когда на
застраиваемой территории резко колеблется уровень залегания плотных грунтов
несущего слоя. В последнем случае применение набивных свай позволяет избежать
непроизводительного расхода железобетона в результате недопогр-ужения части
забитых свай до проектных отметок и срубки их верхних концов.
Устройство скважин. Машины для бурения скважин
При устройстве набивных свай одним из основных процессов является бурение скважин.
Для бурения и устройства скважин применяют разнообразное оборудование в
зависимости от вида набивных свай, грунта и параметров скважин.
Поскольку многие машины созданы для устройства определенного вида свай; понимание
процесса их изготовления будет затруднено, если попутно не описать соответствующее
оборудование. В то же время для изготовления набивных свай используют машины и
агрегаты, предназначенные для других целей. Ряд машин рассмотрен в предыдущих
разделах (копры, вибропогружатели и т. п.). В настоящей главе описано буровое
специализированное и неспециализированное оборудование, применяемое для
изготовления различных видов набивных свай.
Буровые работы заключаются в бурении скважин и шпуров. Скважинами называют
полости цилиндрической формы диаметром более 75 мм различной глубины, шурфами
— полости диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м. Эффективность бурения скважин в
конкретных грунтах зависит от правильного выбора способа бурения и типа бурового
оборудования. Для бурения скважин и шурфов применяют различные способы,
разделяемые на две основные группы: физические и механические.
К физическим способамбурения относят термический, термомеханический,
гидравлический, электрогидравлический и некоторые другие. Из таких способов
применяют термический и термомеханический, другие методы находятся пока в стадии
экспериментов.
Механические способы бурения для свайных работ в свою очередь можно подразделить
на три подгруппы: 1) способ вращательного бурения сплошным кольцевым забоем с
применением различных типов сверл, коронок, шарошечных долот; 2). способ ударного
бурения, к которому относят бурение перфораторными молотками и ударно-канатное; 3)
вибробурение различными по конструкции трубчатыми бурами-желонками.
По способу вращательного бурения породы разрушаются в забое резцами рабочего
органа (коронки) под осевым давлением, под воздействием массы бурового снаряда или
специального механизма, а также окружного усилия, создаваемого механизмом
вращения.
Различают бурильные машины с непрерывным погружением рабочего органа,
отрывающие скважину за один проход, и машины с периодическим погружением
рабочего органа, отрывающие скважину за несколько проходов.
Извлеченный на поверхность грунт при включении повышенной скорости под действием
центробежных сил разбрасывается вокруг скважины. За один заход бура разрабатывается
от 40 до 80 см скважины.
Для бурения грунтов, имеющих отдельные твердые включения, целесообразно
применять шнековые буры. При работах в тяжелых грунтовых условиях (мерзлота,
галечник и т. п.) к лопастным бурам присоединяют съемные наконечники.
К преимуществам станков вращательного бурения следует от-
. нести простоту и маневренность в работе, возможность бурения
глубоких скважин, высокую их производительность. Однако при
бурении крепких пород производительность таких станков резко
снижается.
При шарошечном бурении породы разрушаются зубцами или штырями шарошек,
которые, свободно вращаясь в опорах, перекатываются по забою. Внедряются шарошки в
породу под действием осевого усилия, в результате чего под инструментом создается
давление, превышающее сопротивление породы. Разрушенные частицы породы при
шарошечном бурении выносятся на поверхность струей воды, сжатым воздухом или
воздушно-водяной смесью. Недостатки этого способа — необходимость дополнительных
уст: ройств и процессов для извлечения разбуриваемых пород на поверхность.
Способ ударного бурения. Буровой снаряд для ударно-канатного бурения состоит из
следующих деталей: долота — главной ударной части снаряда с резцом в нижней части,
ударной штанги, буровых ножниц, служащих для отрыва долот от породы забоя, и
канатного замка, соединяющего снаряд с тросом, на котором этот снаряд подвешен
(11.2).
Преимущество ударно-канатного способа бурения заключается в возможности бурения
скважин значительных диаметров на большую глубину. Недостатки этого способа —
низкая производительность и высокая стоимость работ.
Способ вибробурения состоит в погружении трубчатого бура под действием импульсов,
создаваемых вращением дебалан-сов вибратора, размещенных вокруг трубы.
Специальные устройства препятствуют перемещению бура под действием сил реакции со
стороны забоя.
Преимущество вибробурения состоит в высокой производительности работ при
устройстве скважин в нескальных грунтах. Недостатки его — ограниченность сферы
применения определенными грунтовыми условиями, глубиной и диаметром скважин.
Способ огневого бурения скважин с помощью огнеструй-ных горелок основан на свойстве
разрушения твердых пород высокотемпературными газовыми струями, выходящими из
сопл горелок со сверхзвуковой скоростью.
§ 2. Машины и оборудование для бурения скважин
Машины, имеющие вспомогательное подъемное оборудование, называют бурильнокрановыми. Предпочтение отдается навесному
оборудованию, установленному на кране-экскаваторе или на шасси трактора. В табл. 11.1
указаны характеристики некоторых машин, применяемых для бурения скважин при
изготовлении набивных свай.
С начала 60-х годов для бурения скважин диаметром 400— 1500 мм на глубину 10—30 м
применяли станки, предназначенные для бурения артезианских скважин. В последние
годы осваивается серийное производство специальных станков для проходки скважин
под набивные сваи.
Бурильно-крановая машина БМ-203 смонтирована на тракторе Т-50АП. Принцип работы
ее циклический. Эта машина обеспечивает бурение скважин в грунтах до IV категории
включительно.
Вращение бура происходит от гидравлического привода. Навесное оборудование состоит
из рабочего аппарата, обвязочной рамы, лебедки, редуктора привода, насосов,
траверсодержателя и гидросистемы.
Грузоподъемность кранового оборудования составляет 800 кг.
Буровой агрегат УГБХ-150, показанный на 11.3, можно монтировать на трелевочном
тракторе ТДТ-60 или ТДТ-75. Агрегат оборудован станками шнекового и ударно-канатного
бурения. Им
можно бурить скважины в обводненных и сухих грунтах глубиной до 18 м при диаметре
их до 0,8 м шнековым сухим способом с промывкой скважины и ударно-канатным.
Описанные выше буровые станки применяют, однако, редко, так как они не обеспечивают
достаточной производительности.на свайных работах из-за трудоемкости операций по
наращиванию шнека, а также при работе с уширителем.
Для более эффективного шнекового бурения скважин под набивные сваи в конце 60-х —
начале 70-х годов Киевским ПК.0 института Гидропроект был создан широко
применяемый в настоящее время комплекс машин СО различных модификаций: СО-2,
СО-1200/ 2000, СО-1200, БСО-1.
Во всех этих установках в качестве сменного оборудования применяют буровые головки,
навешиваемые на серийные базовые машины (краны, экскаваторы). Буровая головка
(11.4, в) оснащена планетарным электроприводом, что дает возможность отказаться от
традиционного роторного привода и тем самым упростить рабочий орган установки,
сделав его автономным, навесным и универсальным. В настоящее время эти установки
считаются лучшими образцами отечествен-, ной буровой техники, для нужд фундаментостроения. Характеристики установок СО для шнекового бурения приведены в табл.
11.2. Буровую головку, действующую от электродвигателя, вертикально подвешивают и
соединяют фланцем с планетарным редуктором. Мощность электродвигателя составляет
55 кВт, частота вращения вала редуктора и рабочего органа —21—45 об/мин. Буровые
головки можно подвешивать на экскаваторы с копровыми направляющими, на
вибровдавливающие погружатели свай и на станки ка-натно-ударного бурения БС со
специальными стрелами. С помощью навесных буровых головок бурят скважины
диаметром до 2 м и глубиной до 30 м.
Буровые головки опускаются вниз под действием силы тяжести рабочего органа и
собственной массы. Вверх их поднимают канатом лебедки экскаватора. Неподвижные
блоки полиспаста закрепляют на головке копровой стрелы, а подвижные — на буровой
головке.
Состав буровой бригады: буровой мастер крановщик помощник бурового мастера
головок производительность труда на бурении стволов скважин глубиной 18 м и более в
1,5—5 раз выше, чем станками УГБХ-150, поскольку исключаются операции по
наращиванию шнека и съем секций при его очистке.
Буровыми телескопическими колоннами можно проходить скважины различных
диаметров, для чего переставляют шнековую часть колонны. Нижняя секция шнека имеет
длину 2 м. Замена последней секции уширителем позволяет бурить расширенную пяту
скважины.
По данным треста Укргидроспецфундаментстрой, затраты времени на бурение скважин
станками УГБХ-150 по сравнению с бурением навесными буровыми головками в 1,5 раза
больше. Так, на бурение скважин диаметром 0,5 и глубиной 10 м в грунтах II категории
затрачивается соответственно 2,4 и 1,8 маш.-ч, а скважины глубиной 18 м — 4,7 и 3,2
маш.-ч.
Опыт работы агрегатов с навесными головками описан в гл. 13.
Установка СО-2 состоит из базовой машины-экскаватора типа Э-1252 с прикрепленной на
нем с помощью шарнирного устройства стойкой и подвижно связанным с ней навесным
рабочим органом (11.4). Рабочий орган состоит из каретки с электроприводом. К его валу
прикреплена телескопическая буровая шнековая. колонна с очистителем и буровым
инструментом. Колонна смонтирована из двух телескопических секций, причем на
нижней имеются шнековые лопасти. К нижней секции буровой колонны с помощью
пальцев крепят шнек с буровой коронкой или расширитель
Буровая коронка, имеющая форму трехперого долота вращательного действия,
предназначена для разрушения грунта в забое и подачи его на шнековую часть буровой
колонны. К установке прикладывается комплект коронок для различных грунтов. Для
удержания буровой колонны во время переключения телескопических штанг применяют
перехват из двух рычагов (11.4, б).
В зависимости от требуемой глубины бурения верхнюю и нижнюю секции буровой
колонны (11.5) можно раздвигать на разную длину. Без раздвижки можно пройти
скважину на глубину до 16 м (11.5, а). Бурение на глубину до70м производят при
раздвинутых секциях (11.5, в).
Для уширения скважины в.ее основании или на другой отметке буровой инструмент
заменяют расширителем.
Для бетонирования свай на установке предусмотрены бетонолит-ная труба с воронкой и
кран, которым выполняют такелажные работы и погружают с помощью грейферного
ковша выбуренный грунт.
Установку СО-2 можно применять также для бурения лидерных скважин под забивные
сваи. Кроме того, рабочий орган СО-2 можно навешивать на самоходные и рельсовые
копры. Этот орган можно при-, менять при устройстве «стены в грунте» для бурения
взанмопересе-кающихся свай с использованием лидерной направляющей трубы (ЛНТ) не
только в связных, но и в неустойчивых грунтах.
Установка
СО-1200/2000
предназначена для сооружения бу-ронабивных свай большой несущей способности
диаметром 800—1300 аи. Конструкция установки позволяет вести работы в сложных
геолого- и гидрогеологических условиях при бурении под глинистым раствором. С этой
целью установка оснащена универсальным буровым инструментом —ковшовым буром с
откидным дном, пригодным для работы как в сухих, так и в мокрых грунтах.
Установка СО-1200/2000 состой/из базовой машины (экскаватора) с копровой стойкой, на
которой укреплен рабочий орган в виде каретки с телескопической иевращаемой
колонной. Колонна прикреплена к электроприводу /ковшовым буром, подвешенному на
канате лебедки главного подъема базовой машины (11.6).
Базовой машиной этой установки может служить кран-экскаватор типа Э-1252. Подвеска
электропривода для погружения бура на канате обеспечивает автоматичность спускоподъемных операций. Для увеличения скорости проходки предусмотрено также
повышенное давление бурового инструмента на забой, которое зависит от массы
рабочего органа.
Погружной электропривод представляет собой, мотор-редуктор с двухступенчатой
планетарной передачей, помещенный в герметочный колокол. В нижнем торцЬ его
имеются отверстия, через которые может проходить жидкостьNjpn погружении
электропривода в буровой раствор или воду. По мере погружения жидкость сжимает
воздух под колоколом до определенного предела и дальше не поднимается, что
обеспечивает незатопляемость погружного мотор-редуктора.
После захвата очередной порции грунта ковшовым буром его поднимают на поверхность,
отводят в сторону и разгружают. Благодаря применению многосекционной
телескопической колонны скважины можно бурить на глубину 50 м и более. Установка
обеспечивает высокую производительность — 3—4 скважины диаметром 1,2 и глубиной
20 м в смену. К недостаткам ее следует отнести потребность во втором кране для
выполнения вспомогательных операций так же, как и для СО-2.
В настоящее время унифицированный комплект бурового оборудования установки СО1200/2000 можно использовать в установке СО-2.
Установка СО-1200 предназначена для устройства бурона-бивных свай диаметром 0,8—
1,2 м. Эта установка состоит из рабочего органа с обсадным патрубком и кондуктором и
базовой машины (крана, экскаватора). В качестве базовых машин можно использовать
краны ДЭК-251 и МГК-25 или иных марок, равной или большей грузоподъемности и
высоты подъема груза.
Рабочий орган установки СО-1200 (11.7) включает в себя погружной электропривод с
ковшовым буром, жестко укрепленный к штанге стабилизатор, на котором укреплена
каретка. На электроприводе подвижно укреплен переходник, входящий в зацепление с
обсадным патрубком.
В комплект установки СО-1200 входит расширитель циклического действия, верхний
конец которого подключают к валу электропривода, а нижний — к ковшовому буру,
используемому в качестве приемника грунта. Электропривод установки СО-1200
обеспечивает бурение скважин сухим и мокрым способами.
Ранее описанные установки для осуществления полного комплекса устройства
буронабивиых свай (бурение и" бетонирование) вынужденно комплектуются вторым
краном, что повышает стоимость работ.
В отличие от других типов установок в установке СО-1200 рабочий орган свободно
подвешен на крюке крана как длинномерный груз; его устанавливают на грунте в устье
скважины с помощью кондуктора (см. 11.7). Благодаря такому решению можно легко
отсоединять рабочий орган от крана и использовать его для бетонирования скважин и на
различных вспомогательных операциях.
Для обеспечения связи штанги с кондуктором в процессе погружения на ней подвижно
укреплен стабилизатор.
В качестве рабочих органов установки обычно применяют шарошечные долота с
промывкой водой (11.1, в). Для бурения скважин больших диаметров к остову долота
приваривают косынки треугольной формы из толстолистового металла.
За рубежом выпускают буровые станки, предназначенные только для устройства
буронабнвных свай.
Б у р и ль. но - крановая машина «А п а ч и» (11.9), выпускаемая американской фирмой
«Мобил Брилинг», из зарубежных образцов более нова по конструкции и отличается
высокой производительностью. Она предназначена для бурения скважин диаметрами от
0,076 до 1,52 м и глубиной от 3 до 30 м.
Скважины можно бурить как постоянного диаметра, так и с местными ушкрения-ми до
двух их диаметров. Устройство для монтажа опор, смонтированное на машине, позволяет
устанавливать в пробуренные скважины опоры длиной до 13,5 м и массой до 1,5 т.
Принцип работы установки — циклическое бурение. Все механизмы машины
смонтированы на отдельной раме (11.9, а), которую можно установить на любом шасси
(тракторе, автомобиле) . В этой установке можно наклонять буровую
штангу с буром от вертикального положения на углы до 45°.
Буровая установка «Апачи» (11.9, б) оснащена большими бурами, позволяющими
разрабатывать скважины диаметрами от 0,6 до 1,2 м. При этом вначале бурят
лидирующую скважину, затем, после установки расширяющих рычагов с ножами, бурение
ведут на требуемый диаметр. В комплект рабочих органов входят также буры
диаметрами от 0,2 до 0,76 м для проходки грунтов прочных и средней прочности со
сменными резцами, шнеки секционные длиной 0,9, диаметром 0,075—0,3 м, а также
уширители, с помощью которых делают коническое-чуширеиие скважин под сваи.
В скважине диаметром до 0,25 м за счет уширенной наружной части коронки грунт
уплотняется, а попадая внутрь трубы, свободно ее заполняет, поскольку диаметр коронки
меньше внутреннего диаметра трубы. При извлечении трубы после свинчивания коронки
грунт выпадает наружу.
В связных грунтах средней плотности за один прием трубой со съемной коронкой можно
бурить скважины глубиной до 7 м. Недостатком конструкции является необходимость в
операции по свинчиванию коронки и ручного удаления грунта из нее, для чего требуются
значительные усилия и'время.
Для устройства лидерных скважин в связных грунтах с помощью агрегата ВВПС-20/11
Днепропетровским специализированным управлением применяется конструкция
прямоточной желонки (11.10, б). Желонка представляет собой стальную трубу с
приваренным башмаком. Для уменьшения трения грунта о внутреннюю .поверхность
желонки к ней подводится вода. Выход грунта через разгрузочное окно направляется
отражателем.
Желонку погружают на требуемую глубину (3,5—5,5 м при диаметре 0,25—0,3 м) с
помощью поршневого насоса за один прием. Извлеченный из скважины грунт удаляется
при бурении следующей скважины, выпадая кусками через разгрузочное окно.
Преимущество этого способа— механизация работ, недостатки— необходимость
подогрева желонки и системы подачи воды в зимнее время, а также ограниченная
глубина погружения.
Желонка конструкции А. Т. Осадчего и В. Ф. Кошмана со специальным выталкивателем
предназначена для бурения скважины диаметром 0,3—0,5 м и глубиной доб м в плотных
и полускальных грунтах с применением вибробурового агрегата ВВПС-20/11 или ВВПС32/19.
Желонка (11.10, в) состоит из трубы диаметром 0,33— 0,43 м, длиной 7 м и
выталкивателя, предназначенного для удаления керна грунта через окно трубы.
Выталкивателем управляют с помощью троса, концы которого прикреплены к мачте. При
опускании желонки в грунт и наборе его трос выталкивателя ослабляется, а при подъеме
желонки над уровнем грунта трос, натягиваясь, удерживает выталкиватель, который
выдавливает разрыхленный грунт из трубы.
Такие операции выполняют циклично: за один прием извлекается грунтовый керн
высотой 1 м. Желонки применяют также в мерзлых глинистых грунтах, но
производительность при этом уменьшается в 1,5—2 раза. Первую половину скважины
проходят только с помощью лебедки, а вторую, требующую больших усилий, выполняют
при совместной работе лебедки и вибропогружателя.
Вибропогружение применяют также при зачистке скважин. В осыпавшуюся скважину
стреловым краном опускают металлическую трубу с открытым нижним концом. На
верхнем конце трубы обычно устанавливают и наглухо закрепляют вибропогружатель
ВПП-4 или ВПП-2.
Вибропогружатель включают в работу тогда, когда труба достигнет забоя скважины. По
достижении проектной отметки трубу извлекают и из нее выбивают грунт. Высота керна
не должна превышать 0,5—0,7 м, в противном случае удалить грунт даже при наличии
.вибрации затруднительно. Зачистка и углубление скважин указанным способом по
данным НИИСП Госстроя УССР в 10—12 раз производительнее шнекового бурения,
применяющегося на свайных работах.
Вибрационный метод эффективнее вращательного бурения по производительности в 2—
4 раза, а по стоимости в 3—4 раза. Объясняется это тем, что вращательное бурение ведут
секционными шнеками, которые приходится наращивать по мере углубления скважины и
снимать поочередно при подъеме става. Удалять выбуренный грунт от скважины также
затруднительно. Кроме того, во влажных и насыщенных водой грунтах показатели
шнекового бурения гораздо ниже приведенных в табл. 11.3.
Конструкцию желонки выбирают с учетом размеров скважин и грунтовых условий. Для
бурения скважин диаметром до 0,3 м и глубиной до 5,5 м в связных грунтах от
текучепластичной до мягкой консистенции НИИСП рекомендует применять желонку
Днепровского управления. Для бурения же скважин диаметром 0,3— 0,5 м и глубиной до
7 м в грунтах от тугопластичной до твердой консистенции, а также в мерзлых грунтах
рекомендуется применять желонку с выталкивателем. При использовании более
мощного оборудования параметры бурения можно увеличить.
§ 3. Машины для термического способа бурения скважин
Термический способ образования скважин основан на разрушении мерзлых грунтов при
их высокотемпературном нагреве. Рабочим инструментом при этом методе служит
воздушнореактивная горелка. Через специальное устройство в нее подводят жидкое
топливо, воздух или кислород для активизации процессов горения и воду для охлаждения
камеры сгорания реактивной горелки.
Образующаяся в процессе сгорания высокоскоростная (до 1000—1800 м/с) газовая струя
разрушает мерзлый грунт и выносит шлам на поверхность.
Для этой цели чаще всего применяют агрегаты термического
бурения ТБА-1, ТБА-2, смонтированные на тракторах Т-100 и Т-
140, а также агрегат АБУ на тракторе ДЭТ-250. В 'горизонтальное
положение агрегат АБУ устанавливают с помощью трех гидроци
линдров.
Наличие механических буров позволяет выполнять агрегатом УБУ термическое,
механическое и термомеханическое бурение. В комплект АБУ входит компрессорная
станция общей производительностью до 36 м3 и понижающий трансформатор. Действуют
все механизмы агрегата от внешнего источника электротока напряжением 380 В.
Внедрению установок типа АБУ препятствует высокая энергоемкость процесса бурения,
вследствие большого расхода сжатого воздуха на пневматическую транспортировку
продукции бурения из скважин. Особенно затруднена эксплуатация этих установок на тех
объектах, вблизи которых нет источников силового электроснабжения.
Буронабивные сваи изготовленные сухим способом
§ 1. Сваи Страусса
Сваи, предложенные киевским инженером А. Э. Страуссом в 1899 г., были первым видом
набивных свай. Для устройства их бурили вручную скважины диаметром 20—40 см под
защитой обсадных труб (12.1). В зависимости от свойств грунта режущими элементами
служили буровые ложки (змеевики) или долота (желонки) .
Для подъема и опускания бурового инструмента над местом изготовления сваи
устанавливали высокую треногу. Буровой инструмент прикрепляли к концу троса,
подвешенного к треноге на блоке. Второй конец троса наматывался на барабан лебедки.
При изготовлении свай Страусса скважины бурили с применением простейших
механизмов, что ограничивало величину свай (до 10—12 м).
Бурение скважин в песчаных и плывунных грунтах проводилось с помощью желонки,
снабженной патроном. Этот патрон увеличивал массу желонки и силу ее удара при
падении. Обсадная труба заглублялась по мере разработки грунта.
Дно скважины перед бетонированием зачищалось ложкой. Бетон подавали бадьями с
открывающимся дном. После загрузки очередной порции бетон тщательно трамбовали,
одновременно извлекая трубу. Для сохранения непрерывности ствола сваи обсадную
трубу поднимали на % высоты бетонного слоя.
Под действием трамбования ствол сваи принимал неправильную форму. При этом
толщина сваи в сечении получалась обратно пропорциональной плотности грунта.
Диаметр сваи расширяется на 30—50% от диаметра обсадной трубы. Соответственно
увеличивается расход бетона, достигая иногда трехкратного объема.
При устройстве свай в сухом грунте применялся жесткий бетон. Трамбовать бетон в воде
затруднительно, так как от движения трамбовок бетонная смесь расслаивается и в свае
появляются прослойки из грязи. Учитывая это, при устройстве свай в водонасыщенных
грунтах начали применять литой бетой. Им заполняли скважины из бадей с
открывающимся дном, чем предотвращалось расслоение бетона.
При наличия грунтовых вод обсадные трубы необходимо заполнять бетонной смесью за
один прием на всю высоту. При вытаскивании трубы смесь, выходя из нее, под давлением
вышележащего столба уплотняет грунт, заполняя всю скважину.
В годы первых пятилеток сваи Страусса успешно применялись на ряде крупных строек.
Так, при сооружении электростанции в Одессе было изготовлено 128 свай длиной 7—12 м
при диаметре их 30 см. На строительстве фабрики им. Халтурина в Ленинграде было
изготовлено около 500 свай длиной 7,5 м.
Одним из основных преимуществ свай Страусса является возможность погружения
обсадной трубы без ударов и сотрясений.
Это особенно ценно в тех случаях, когда свайные фундаменты приходится устраивать
вблизи существующих сооружений, чувствительных к сотрясениям, а также внутри
зданий. Такие сваи были применены, в частности, в 1928 г. для фундаментов большого
гражданского здания в Москве.
Сваи Страусса могут выдерживать нагрузки в 30—40 т в слабых грунтах при длине их 7—12
м и диаметре обсадной трубы 325— 400 мм и 80—100 т — при опирании свай на
скальный грунт.
К недостаткам свай Страусса относятся низкая производительность работ вследствие
ручного бурения скважин и трудность контроля за сплошностью ствола при наличии
грунтовых вод. Хотя в настоящее время сваи Страусса в первоначальном виде не
применяют, на основе этого принципа создано семейство конструкций современных
видов набивных свай.
§ 2. Буроинъекционные (корневидные) сваи
Одним из эффективных способов усиления оснований и фундаментов является метод,
предложенный итальянской фирмой «Фон-дедиле». Сущность его заключается в
усилении существующих фундаментов пропущенными через укрепляемые конструкции
вертикальными и наклонными сваями, которые называют за рубежом корневидными, а в
отечественной практике — буроинъекцконными. Разработанная фирмой технология и
оборудование получили значительное распространение в различных странах.
Сваи переносят большую часть нагрузки на более плотные нижележащие слои грунта.
Метод позволяет выполнять работу без отрывки котлована и обнажения фундаментов.
Буроинъекционные сваи изготовляют длиной до 30 м, диаметром 0,08—0,25 м. Усилить
фундамент можно как с помощью ростверка, так и без него.
Специальные установки вращательного бурения позволяют пробуривать скважины через
вышерасположенные конструкции и фундаменты (бутовую и кирпичную кладку, бетон,
железобетон). При этом конструкция не подвергается динамическим воздействиям.
Обычно для бурения используют станки типа СБА-500, но можно применять любые другие
малогабаритные буровые станки. В комплект кроме станка входят растворонасосы (СО-48
или СО-49), ситогидроциклонная установка, приемные емкости и раствора-воды.
Выбор инструмента бурения (шнек, шарошечное долото или колонковая труба)
определяется грунтовыми условиями, а диаметр бура принимают в зависимости от марки
станка с учетом требуемой несущей способности сваи. Чтобы не нарушать устойчивость
стенок скважины, используют обсадные трубы или бентонитовую суспензию. При
проходке каменной кладки и бетонных конструкций разбуренный материал удаляется
сжатым воздухом.
Арматурный каркас, устанавливаемый в скважину, состоит из отдельных секций длиной
до 3 м (в зависимости от высоты подвала), стыкуемых с помощью сварки. На каркасе
предусматривают специальные фиксаторы, предупреждающие отклонения от оси
скважины. После установки каркаса (или одновременно) в скважину опускают
инъекционную трубу для нагнетания под давлением до 3 ат цементно-песчаного
раствора. Институт Гидроспецпроект рекомендует оптимальный состав раствора по массе
компонентов цемент—песок—вода 1 : (1—1,5) : (0,5—0,7).
Важной особенностью корневидных свай является их высокое сопротивление трению по
боковой поверхности по сравнению с обычными бетонными сваями как из-за
повышенной шероховатости ствола, так и вследствие частичной цементации
прилегающего к свае грунта.
В зависимости от характера работы корневидные сваи армируют на всю глубину или
только верхнюю часть. Для воспринятая сваей нагрузок необходимо армировать верхнюю
часть на участке, равном 5—10 диаметрам сваи (1,5—3 м). Однородный состав раствора и
сжатие, которому он подвергается в процессе набивки, придают стволу сваи высокую
прочность.
На 12.2 показаны характерные схемы применения корневидных свай: для усиления
фундамента существующего здания, фундамента под оборудование, укрепления
мостовой опоры, для закрепления существующей подпорной стенки, сооружения новой
«решетчатой» стенки.
Корневидные сван устраивают также для фундаментов новых сооружений, особенно в тех
случаях, когда необходима осторожность в процессе выполнения работ.
В зарубежном строительстве во многих случаях применяют корневидные сваи для
укрепления фундаментов. Например, на металлургическом заводе близ Неаполя для
монтажа нового прокатного стана были усилены существовавшие фундаменты во время
постепенного демонтажа старого прокатного стана (12.3). Эксплуатация находящихся
вблизи машин не прекращалась. Корневид-
ные сваи были пропущены сквозь толщу существующих бетонных фундаментов. Для
воспринятая значительных горизонтальных усилий, возникающих при прокате слябов,
большая часть свай установлена наклонно.
Представляет интерес опыт применения корневидных свай в качестве подпорной стенки
при прокладке линий метрополитена в Милане открытым способом. Котлован тоннеля
был расположен почти вплотную к зданиям, причем подошва котлована залегает
значительно ниже фундаментов соседних домов. Эти фундаменты требовалось усилить.
Как видно из 12.4, задача была решена применением решетчатой системы корневидных
свай, заглубленных ниже отметки котлована метро. Сваи, пропущенные через
фундаменты домов, укрепили их.
Некоторый опыт устройства буроинъекционных свай накоплен во всесоюзном
объединении Гидроспецстрой. Так, проект усиления фундаментов одного из
административных зданий ВЦСПС, построенного в XIX в., предусматривает устройство с
обеих сторон несущих стен 768 свай длиной в среднем 25 м при диаметре 127 и 146 мм с
заделкой концов свай в известняки.
Другим примером применения буроинъекционных свай для усиления фундаментов могут
служить фундаменты здания МХАТ им. А. М. Горького (12.5). Сваи диаметром 150 мм
прорезали фундаменты и 16—18-метровую толщу глинистых и песчаных грунтов и имеют
несущую способность 25—42 тс. Сваи воспринимали 30%
нагрузок на здания до их реконструкции и полностью дополнительные, возникшие в
результате реконструкции.
Одним из основных преимуществ буроинъекционных свай является их способность
обеспечивать минимальную осадку усиливаемого фундамента. Поэтому такие сваи
весьма эффективны при реконструкции сооружений при малой величине допускаемых
осадок, например при использовании высокоточного технологического оборудования.
Так, для эксплуатации формовочного автомата на Рязанском заводе «Центролит»
необходимо было обеспечить, что-
бы осадка фундамента автомата ие превышала 5 мм. Расчеты показали, что осадка
фундамента, выполненного в виде железобетонной плиты площадью 8X12 м и толщиной
2 м на насыпных грунтах, при эксплуатации смоитированного на нем формовочного
автомата должна была достичь 30—40 мм. Для предотвращения таких осадок фундамент
был усилен 68 буроинъекционными сваями диаметром 15 см и длиной 18 м.
Сваи прорезали насыпныетрунты, суглинки и на 4 м входили в полутвердые глины.
Несущая способность свай составляет 24 т при осадке 4 мм.
§ 3. Виброштампованные сваи
Разработанные в Советском Союзе вибрационные методы погружения свай используют в
стране и за рубежом для устройства виброштампованных свай.
На Украине применяют комплекты оборудования для устройства виброштампованных
свай длиной до 10 м при диаметре 0,5 м в связных неводонасыщенных грунтах, в
частности в лёссовых просадочных. Бетонную смесь при этом уплотняют виброштампом.
На 12.6 показана последовательность устройства виброштампованных свай. Для
образования скважин на украинских стройках применяют три варианта механизации:
бурильные машины для скважин глубиной до 3,5 м, виброжелонки или комплект
оборудования для пробивки скважин при большой глубине разработки. Последние два
вида оборудования навешивают на краны-экскаваторы.
В оборудование для пробивки скважин (12.7) входят обсадная труба 1, направляющая
плита 5, молот 4 и виброустройство для извлечения трубы 3. Направляющая плита
обеспечивает вертикальность погружения обсадной трубы и служит основанием для
гидродомкратов при извлечении трубы из грунта. На практике для устройства свай
большой длины часто применяют комбинированный способ образования скважин: до
глубины 2,5—3,5 м. Их проходят бурильной машиной, а при большей глубине
используют виб-
рожелонку или обсадную трубу. Перед бетонированием на устье скважины
устанавливают тяжелый металлический кондуктор, полая направляющая труба которого
имеет диаметр на 10 мм больший, чем диаметр виброштампа.
Массу кондуктора выбирают из расчета, чтобы его давление на грунт было не менее 4—5
кг/см2. Это условие необходимо для для удержания бетонной смеси в скважине.
Скважину заполняют бетоном с помощью самоходного бетоноукладчика. Виброштамп
для уплотнения бетона представляет собой трубу диаметром 0,31 м, нижний конец
которой закрыт металлическим конусом. Верхний конец вибростержня прикрепляют к
мощному вибратору (ВПП-2, ВПП-4 или В-401). Длина вибростержня превышает глубину
скважины на 0,8 м, благодаря чему при бетонировании сваи грунт под ее основанием
дополнительно уплотняется.
Виброштамп погружают в бетон краном при включенном вибраторе. При погружении в
смесь виброштамп создает давление, превышающее несущую способность грунта.
Вследствие этого образуется уширенное основание и дополнительно уплотняется
прилегающий грунт. Диаметр пяты сваи обычно больше диаметра сваи
на 30—40%.
Операцию по бетонированию с применением виброштампа повторяют несколько раз.
После извлечения вибростержня в бетоне образуется трубчатая полость, которую
заполняют смесью до отметки —0,7 м. Полости в длинных сваях остаются только на
глубине 2,5—3 м. В эти полости для сопряжения с ростверком вставляют металлический
каркас, а затем бетонируют вместе с ростверком.
На виброштампованных сваях в Днепропетровской области построены жилые дома
высотой от 5 до 12 этажей, промышленные корпуса с нагрузками на колонны от 150 до
1000 т. Такие сваи применяют и в сельском строительстве. В основном эти объекты
сооружают на лёссовых грунтах I и II категорий просадочности, как с прорезкой
просадочной толщи, так и без нее.
Применение виброштампованных свай в промышленном строительстве по сравнению со
сборными железобетонными фундаментами позволяет сократить трудовые затраты почти
в 3 раза и снизить стоимость фундаментов в 2 раза (табл. 12.1).
Фундаменты на виброштампованных сваях целесообразно устраивать также для жилых
домов. Хотя рассматриваемый тип набивных свай сложнее в устройстве по сравнению с
другими, он дает возможность применять жесткий бетон и обеспечивает высокое
качество бетонных работ.
На 12.8, а показана принципиальная схема пневмонабивных -свай. Обсадную
толстостенную трубу / диаметром 10" погружают бурением или забивкой, после чего в
нее вставляют оболочку 2 из 1 — 1,5-миллиметровой листовой стали с наконечником 3. В
оболочку вставляют деревянный сердечник 4, с помощью которого ее опускают в
обсадную трубу и загоняют в грунт.
После извлечения сердечника оболочку заполняют бетоном, а зазор—пластичным
раствором. Затем к верхней части обсадной трубы привинчивают муфту 6 с колпаком 5.
Под колпак нагнетается воздух, газ или вода под давлением 40 ат, в результате чего бетон
и раствор впрессовываются в оболочки, а свая погружается на I—1,5 м. Одновременно
под действием того же давления обсадная
труба поднимается вверх, и вокруг кожуха образуется цементная оболочка диаметром
большим, чем у обсадной трубы, и неправильной формы вследствие различной плотности
грунта.
Изготовляют сваи Вольфсхольтца в порядке, указанном на 12.8, б. Обсадную трубу,
находящуюся в буровой скважине, закрывают герметичной крышкой, через которую
пропускают три трубы. По одной из них подают раствор из специальной емкости или
выпускают воду и воздух, по другой подается сжатый воздух давлением 10 кг/см2; на
третьей трубе имеется кран, манометр и редуцирующий вентиль. Вторая и третья
трубы соединены между собой и с резервуаром сжатого воздуха.
12.9. Шлюзовой аппарат Мостотреста для бетонирования пневмосвай
Порядок работы можно проследить по схеме на 12.8, б. Сжатым воздухом из обсадной
трубы удаляется вода (7), и в трубу под давлением подается порция бетона (II).
Повышенным давлением бетон ;впрессовывают в грунт, в результате чего при
подъеме трубы в нижележащем грунте образуется уширенное основание (III). В
зависимости от длины сваи этот цикл повторяется несколько раз (IV).
При изготовлении свай таким способом требуется тщательно фракционированный
мелкий щебень. Кроме того, процесс бетониро-рования нужно вести непрерывно, чтобы
предотвратить схватывание бетона (раствора) в трубопроводах. Учитывая недостатки
этого способа, немецкая фирма «Грюн и Бильфингер» применнла"особую конструкцию —
шлюз, работающий по принципу кессонного, позволяющую подавать в обсадную трубу
обычный бетон. Шлюз позволил отказаться от шлангов.
Отечественные специалисты (Г. Л. Медведев и др.) в довоенный период создали
рациональную конструкцию шлюза для устройства пневмосвай. Созданный ими аппарат в
форме цилиндра несколько большего диаметра, чем обсадная труба, снабжен
двухклапанным устройством, беспрепятственно пропускающим бетон в трубу без
понижения давления внутри нее (12.9).
Бетон загружают в верхнюю камеру /, выравнивают давление в камере // до наружного.
После этого рычагом открывают верхний клапан, и бетонная смесь заполняет среднюю
камеру. Краном 1 подают в среднюю камеру сжатый воздух, предварительно закрыв кран
2. Когда давление в средней и нижней камерах, а также в трубе уравнивается, смесь
через нижний клапан проваливается в трубу.
Под давлением сжатого воздуха бетонная смесь одновременно уплотняется и
вдавливается в грунт, а об.садная труба поднимается, что в значительной мере облегчает
ее извлечение из скважины.
В песчаные грунты,оказывающие значительное сопротивление погружению свай,
забивать обсадные трубы с наконечниками весьма затруднительно, особенно в мелкие
пески, насыщенные водой. В такие грунты целесообразнее забивать открытые снизу
трубы, а грунт удалять из них с помощью водяной струи, поступающей из подмывных
трубок, опущенных внутрь трубы.
В агрессивных грунтовых водах в буровые скважины рекомендуется опускать готовые
железобетонные сваи, покрытые снаружи изолирующим слоем, и нагнетать бетон только
в промежуток между сваями и грунтовыми стенками скважины.
Бетонируют пневмонабивные сваи в несколько приемов. Первая порция бетона должна
быть небольшой, чтобы заполнить трубу на высоту 1,5—2 м. Это необходимо для
облегчения первого подъема обсадной трубы, которая очень быстро засасывается в
песчаные грунты. Последующие порции бетона увеличивают в 2—3 раза. Бетонирование
следует веста без перерывов во избежание нарушения монолитности ствола сваи.
Каждую последующую порцию бетона загружают в обсадную трубу до начала
схватывания ранее уложенной порции.
Для устройства пневмосвай применяют бетон литой консистенции. При подъеме
обсадной трубы нужно тщательно следить за уровнем смеси, не допуская понижения
высоты пробки менее 1 м, так как сжатый воздух может выбросить бетон вверх и даже
привести к разрыву сваи.
Шлюзование бетона производят на величину, необходимую для преодоления притока
грунтовой воды. После этого подачу сжатого воздуха прекращают и, открыв оба клапана,
укладывают бетонную смесь непосредственно в трубу.
При изготовлении свай.в водоносных грунтах обсадная труба должна непрерывно находиться под давлением, в противном случае при снижении давления грунтовые воды
немедленно наполнят трубу.
Пневмонабивные сваи армируют на всю длину или только в верхней части. В первом
случае готовый арматурный каркас опускают в обсадную трубу до начала бетонирования,
во втором случае
сваи армируют в процессе бетонирования после достижения соответствующего уровня.
Для этого шлюзовой аппарат снимают, каркас опускают в обсадную трубу, после чего
аппарат снова устанавливают на место.
Длина пневмонабивных свай, ограничиваемая методами погружения обсадных,труб,
может достигать 30 м. Пневмонабивные сваи
длиной 18—20 м и сечением 50—60 см, погруженные в плотные грунты на значительную
глубину, обладают несущей способностью 100—150 т. Это дает возможность уменьшить в
3—4 раза количество свай Б основании сооружения по сравнению с забивными и
соответственно уменьшить объем ростверка.
Недостатками пневмонабивных свай являются сложность их изготовления в связи с
потребностью в сжатом воздухе для шлюзования бетона в обсадную трубу и
необходимость удаления ее из скважины по ходу бетонирования.'Кроме того, требуется
вести тщательный контроль на всех стадиях изготовления таких свай.
Сваи Вольфсхольтца применяют в зарубежной строительной практике. В отечественном
строительстве пневмосвай применяли для мостовых опор первой очереди Московского
метрополитена, при сооружении мостовых опор (под эстакаду Краснохолмского моста
через Москву-реку).
Ниже приведены основные данные по устройству двух береговых
опор железнодорожного моста на пневмонабивных сваях. Каждый
из устоев моста (12.10) расположен на пневмонабивных сваях
длиной 12 м при диаметре обсадных труб 60,5 см, погруженных в
мелкозернистые илистые пески. Средний диаметр пневмонабивных
свай составил 0,7 м. Сваи расположены в плане в шахматном порядке: расстояние между
ними принято 1,5 м (2,5 диаметра обсадной трубы). Все сваи погружены с наклоном 1/16
в сторону насыпи. Верхняя часть свай на высоту 3—3,5 м армирована 8 стержнями
диаметром 16 мм. Расчетная нагрузка на сваю по проекту составляла 67 т, фактическая
несушая способность ее— 100 т.
Средний расход бетона на одну сваю составил 5,84 м3, что соответствует коэффициенту
уширения сван, равному 1,74.
В Польше в первые послевоенные годы пневмонабивные сваи применялись широко. В
настоящее время их используют в основном при производстве работ в тяжелых грунтовых
и местных условиях (внутри помещений, вплотную к зданию и т. п.) и в случаях
небольшого количества и значительной длины свай (более 15 м). Пневмоспособ можно
применять при изготовлении набивных свай других конструкций.
В современном зарубежном опыте представляют интерес сваи, предложенные в 60-х
годах фирмой «Петеркайвет Соне» (США). Оригинальным является объединение в единый
технологический процесс проходки скважины и ее заполнение бетонной смесью,
выполняемый одним механизмом. В этом способ имеет много общего с отечественной
технологией виброформированных свай (см. гл. 15). В отличие от последнего здесь для
подачи бетонной смеси применяется сжатый воздух, что позволяет отнести этот метод к
методу устройства пневмона-бивных свай.
После бурения скважины через шлюзовой аппарат и полный вал шнека под давлением
сжатого воздуха подают бетонную смесь. Шнек извлекают из скважины постепенно, не
допуская отрыва его наконечника от поверхности бетона. Необходимость порционной
загрузки смеси в шлюз усложняет работу, препятствуя ее интенсификации.
Сваи Михаэлиса — Маета, по схеме изготовления близкие пнев-мосваям, являются
разновидностью сваи гидравлического прессования. В свае из прессованного бетона
грунтовую воду из буровой скважины вытесняют по принципу действия поршня в
цилиндре насоса. Роль поршня выполняет плита основания, в которую пропущена труба
(12.11) для отвода грунтовой воды. Чтобы обеспечить плотный контакт между плитой и
обсадной трубой, места их стыков обмазывают глиной.
Когда арматура сваи вместе с плитой опущена на дно буровой скважины (другими
словами, когда вытеснена вся грунтовая вода),
обсадную трубу наполняют бетоном, а трубы отвинчивают и удаляют. Затем поверхность
бетона уплотняют глиной, а на обсадную трубу навинчивают наголовник. Нагнетанием
воды до 35 ат уплотняется бетон и одновременно удаляется обсадная труба из грунта.
§ 5. Грунтобетонные сваи
Технология механизированного устройства грунтобетонных фундаментов основана на
использовании свойства лёссовидных грунтов в смеси с цементом образовывать
конструктивный материал, отвечающий требованиям фун-даментостроения. Если
операции перемешивания и уплотнения смеси производить непосредственно в массиве
грунта без его выемки, то в случае применения соответствующего оборудования можно
получить грунтобе-тонную сваю. Такие сваи, как и другие типы набивных свай, устраивают
под здания различного назначения, при возведении подпорных cTe-t нок,
противофильтрацион-ных завес и т. д.
Изготовлять грунтобетонные сваи можно в лёссе, лёссовидных и карбонатных суглинках, а
также в супеси.
Технология изготовления грунтобетонных свай разработана в 60-х годах в СибЗНИИЭП под
руководством проф. А. В. Силенко.
Для изготовления свай диаметром 0,8 и 0,9 м при глубине до 3 м и диаметром 0,5—0,7 м
и длиной до 7 м применяют агрегат АГС-7 (12.12). Узлы агрегата смонтированы на шасси
автомобиля МАЗ-200. Агрегат состоит из рамы, мачты, буровой штанги с вертлюгом,
рабочего органа, электропривода, механизмов вращения и подачи рабочего органа,
технологического оборудования для приготовления и нагнетания цементной суспензии.
На раме шар-яирно установлена мачта из стальных труб.
В рабочее положение мачту устанавливают с помощью гидросистемы. Для опускания
мачты в транспортное положение используют лебедку, установленную на буфере
автомобиля. Мачта имеет трубчатые направляющие, по которым перемещается вертлюг,
один конец которого соединен с напорным шлангом растворонасоеа, а другой — с
пустотелой буровой штангой квадратного сечения. К нижнему концу штанги прикреплен
рабочий орган— смесительный бур, который приводится во вращение от
электродвигателя.
При частоте вращения от 38 до 138 об/мин он обеспечивает подачу буровой штанги 8—14
мм за один оборот.
Для приготовления и нагнетания в грунт цементной суспензии на агрегате предусмотрены
приемный бункер для цемента вместимостью 1 м3, шнек, подающий цемент в
растворосмеситель, производительностью 1,8 м3/ч, растворосмеситель с баком в 0,7 м° и
раст-воронасос С-317.
Суспензию приготовляют .в смесителе, имеющем для перемешивания компонентов три
пары пропеллерных лопастей, закрепленных на вертикальном валу. Нагнетают суспензию
для устройства сваи растворонасосом.
Смесительный бур представляет собой трубу с укрепленными на ней режущими и
перемешивающими лопастями. К верхнему концу трубы приварена муфта, соединяющая
рабочий орган с буровой штангой. В нижний конец вставлена глухая муфта с забурником.
За тыльной стороной режущих лопастей в трубу ввинчены насадки, через которые
цементная суспензия подается в грунт.
В зависимости от диаметра сваи и количества нагнетаемой в грунт суспензии применяют
насадки диаметром от 12 до 20 мм. Интенсивное перемешивание грунтовой смеси
обеспечивается лопастями, имеющими прямолинейную и криволинейную формыи что
позволяет перемещать смесь в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Процесс
перемешивания происходит при погружении и извлечении рабочего органа.
Для обеспечения равномерного распределения водоцементной суспензии и послойного
уплотнения смеси необходимо регулировать производительность растворонасоса.
Опускание и подъем рабочего органа при вращении осуществляют по винтовой линии,
угол наклона которой меньше угла наклона задних поверхностей режущих лопастей.
При правом вращении и погружении смесительного бура под режущими лопастями
образуется пространство, в которое нагнетается цементная суспензия; при левом
вращении и извлечении бура смесь уплотняется послойно вследствие обжатия ее
ножами. Одновременно на срезанную поверхность равномерно подается водоце-ментная
суспензия, перемешанная с грунтом. Толщину срезываемой части грунта регулируют
изменением величины подачи рабочего органа.
Для лучшего перемешивания грунтобетонной смеси бур иногда приходится погружать и
извлекать несколько раз. Для контроля равномерности распределения суспензии на
растворонасосе установлен расходомер, записывающий на бумажной ленте объем
суспензии, поданной в расчете на единицу длины сваи. Количество суспензии,
расходуемой на устройство сваи, зависит от естественной влажности грунта и дозировки
цемента.
Ниже описан опыт устройства свайного фундамента под дымовую трубу. В основании
дымовой трубы котельной залегают проса-дочный лёссовидный суглинок мощностью
12,5 м. На основание передаются нагрузки от массы трубы с фундаментом 2500 тс и
ветровые— 1500 тс-м, распределенные между 182 сваями.
На изготовление 1 м3 грунтобетона для свай было израсходовано 145 кг цемента, 247 л
воды и 1,3 кг сульфитно-спиртовой барды.
Под фундамент был выкопан котлован диаметром 20 м и глубиной 4 м с пандусом. В
котловане были установлены ларь для цемента и бак для воды, смонтирован
центробежный насос для подачи воды и смеситель установки.
На 12.14 показана схема организации работ по устройству грунтобетонных свай. Рабочие
предварительно регулировали вертикальность мачты с помощью аутригеров, Моторист
включал насос для подачи воды в смеситель. Затем рабочие загружали в бункер цемент,
моторист включал винтовой транспортер, и цемент поступал в смеситель, где
приготовлялась суспензия. После подачн всего цемента в смеситель включали
электродвигатель, вращавший штангу, а при погружении рабочего органа приводили в
действие растворонасос, нагнетавший в грунт водоцементную суспензию. Весь цикл
изготовления сваи занял 38 мин.
Сваи изготовляли при следующем режиме работы агрегата: число оборотов рабочего
органа п = 82 об/мин; величина подачи за каждый оборот составила 8 мм; число проходок
К=\. В сравнении с устройством уплотнения основания грунтовыми сваями был достигнут
значительный эффект (табл. 12.3).
Буронабивные сваи с уширенной пятой
§ 1. Сваи с уширенной пятой, образованные механическим разбуриванием
Общие сведения. Буронабивные сваи с уширенной пятой, образованные механическим
разбуриванием, а также без уширення устраивают в маловлажных связных, устойчивых
грунтах без обсадки стенок скважин. Такой метод устройства свай, условно называемый
сухим, относится только к способу бурения скважин в отличие от «мокрого» способа
бурения их и бетонирования под глинистым раствором.
Учитывая применяемую в практике терминологию, будем относить к сухому способу
бурение скважин только для тех буронабивных свай, пяты у которых образуют с помощью
механического уширителя.
Технология изготовления таких свай в СССР была разработана в начале 60-х годов. В
последнее время для изготовления буронабивных свай применяют специальное
оборудование, благодаря чему описываемый вид свай стал преобладающим среди
набивных. Особенно широко применялся буронабивной метод на строительстве Камского
автозавода в г. Набережные Челны и на сооружении завода Атоммаш.
Ниже описан опыт устройства буронабивных свай с применением спецоборудования и
приведены примеры изготовления свай с помощью буровых установок общего
назначения.
Конструкции свайных фундаментов. При строительстве нескольких корпусов КамАЗа
буронабивные сваи были применены взамен столбчатых фундаментов. . Сваи,
прорезающие 13-метровую толщу просадочных грунтов, опираются на непроса-дочные
грунты. Сваи диаметром 0,6 м устроены с уширением 1,6 м, а диаметром 1—1,2 м—'без
уширения
Сваи под фахверковые стойки выполняют без ростверка, а под другие колонны, в
зависимости от нагрузок, ростверк объединяет 2—4 сваи. Размеры ростверка в плане
определяются габаритами куста свай, а по высоте—заделкой анкеров под .колонны
(обычно его принимают 1—1,5 м с подколенником высотой 1 м).
Технология работ. Вначале производят разбивку свайного поля и устраивают временные
дороги.
На 13.1 и 13.2 показаны технологические схемы устройства свай диаметром 1 и 1,2 -м без
уширения установками СО-1000/1200 и диаметром 0,6 м с уширенной пятой с помощью
установки СО-2 в устойчивых грунтах, начиная с установки арматурного каркаса. Этой
операции предшествуют работы по бурению лидерной скважины, замена кондуктора
обсадным патрубком, бурение скважины и устройство уширения.
Бурение скважин. Перед началом бурения на грунт устанавливают и закрепляют
анкерными кольями специальный кондуктор (13.3), фиксирующий положение скважины в
плане. Кондуктор можно заменить обсадным патрубком после бурения скважины на
глубину не менее 1 —1,5 м. Если скважину бурят после укладки бетонной подготовки под
растверк, в ней делают отверстия по шаблону. Затем в скважину подают бетон.
При устройстве куста свай, если расстояние между ними (в све« ту между уширениями)
меньше 1,4 м, бурить смежные скважины разрешается только через 8 ч после укладки
бетона в предыдущие. Бурение следует вести циклично, грунт с породозабирающего
инструмента очищают шнекоочистителем. (Каретка очистного приспособления
перемещается по направляющим копровой стрелы). На косынках, приваренных к каретке,
укреплены шарнирно два рычага и ролик. Профиль рычагов соответствует профилю трубы
шнека (13.4 на с. 238).
В рабочем состоянии разведенные рычаги не касаются шнека. После набора грунта и его
извлечения из скважины рычаги охватывают шнековую трубу и перекрывают винтовую
спираль. При вращении шнека рычаги, последовательно перемещаясь по спирали,
очищают шнек от грунта. Ролик облегчает прохождение рычагов по спирали при наличии
неровностей. По окончании очисткк рычаги разводят в стороны.
Из нескольких типов уширителей более распространен трехно жевой (13.5), состоящий из
штанги, режущих лопастей и грунтовой бадьи. Бадья высотой 0,7 м имеет откидное дно.
При разработке уширения скважины ножи раскрываются под действием массы штанги и
срезают грунт, который ссыпается в бадью.
По мере заполнения бадьи (8—12 оборотов) уширитель извлекают на поверхность и
разгружают бадью. Эту операцию повторяют 7—& раз.
Выбуренный грунт грузят в автосамосвалы грейфером вместимостью 0,5 м3 на базе
экскаватора или тр акторопогрузчиком.
Погружать армокаркас в скважину во избежание ее повреждения нужно строго
вертикально.
Бетонирование свай. После выверки и закрепления каркаса монтируют бункер с
бетонолитными трубами и укладывают в
скважину бетонную смесь. Для приготовления смеси используют цементы марок 300 и
400, пригодные для получения гидротехнического бетона. Заполнители должны
удовлетворять требованиям для тяжелого бетона. Консистенция смеси должна
соответствовать осадке нормального конуса в пределах 18—20 см.
Для пластификации бетона и замедления его схватывания в летнее время в смесь
добавляют сульфитно-спиртовую барду (0,2—1% от массы цемента). Бетонная смесь
должна быть однородной и не расслаиваться при перевозке.
В глубокие скважины бгтон укладывают методом вертикально перемещающейся трубы.
Бетонолитную трубу устанавливают с таким расчетом, чтобы нижний ее конец был выше
дна скважины.
Бетонолитная труба, работающая но принципу «труба в ipy6e», состоит из двух частей:
приемного бункера 2 м3 с приваренным патрубком диаметром 425 мм, длиной 8 м и
вкладной трубой диаметром 325 мм и длиной 16 м.
Бетонировать скважины нужно без перерывов с постепенным извлечением бетонолитной
трубы. Для обеспечения сплошности ствола низ трубы должен быть заглублен в бетон нг
менее чем на 1 м. Заполнение скважины бетоном контролируют по объему уложенной
смеси и визуально.
Таким образом, для используемых до последнего времени способов бетонирования
требуются установка, а затем демонтаж громоздких бетонолитных труб. Такая технология
предопределена СНиП II1-9—74 «Основания и фундаменты. Правила производства и
приемка работ», где указано, что высота свободного падения бетонной смеси не должна
превышать 5 м.
Процесс установки бетонолитных труб занимает значительную часть времени, потребного
на устройство сваи; требуются также затраты труда и машинного времени крана, и в
совокупности повышается стоимость бетона «в деле». Следствием такой технологии
является также применение литых смесей, что вызывает повышенный расход цемента и
увеличивает сметную стоимость.
В этих условиях ценным новшеством можно считать разработанный НИС института
Гидропроект метод так называемого свободного сброса смеси. Исследованиями было
установлено, что основным условием обеспечения нужного качества бетона,
укладываемого свободным сбросом, является ограниченный размер конструкции (сваи) в
плане, предотвращающий растекание смеси от места падения, а также применение
товарных смесей, не образующих конуса расплыва. Контрольные керны, выбуриваемые
из свай, забетонированных указанным способом, показали монолитность и высокую
прочность бетона ствола, однородность по всей длине сваи.
Метод свободного сброса при устройстве набивных свай узако-аен и в настоящее время
является основным на объектах Минэнерго. До 1981 г. этим способом было выполнено
более 60 тыс. свай больших диаметров.
На 13.6 представлена технологическая схема бетонирования методом свободного сброса
бетонной смеси без специального уплотнения смеси и с различными вариантами
уплотнения: всплывающим вибратором (а); глубинным вибратором (б). Жесткую
бетонную смесь уплотняют также ударным способом.
Технико-экономические показатели вариантов бетонирования приведены на 13.7. По
трудоемкости и интенсивности лучшим является бетонирование свободным сбросом без
уплотнения.
После окончания бетонирования скважины и снятия обсадного эатрубка в инвентарной
опалубке бетонируют оголовок сваи.
Опалубки демонтируют летом на следующий день, а зимой —• но достижении бетоном
прочности 50 кг/см2. Зимой голову бетонируемой сваи утепляют. Для контроля за
созреванием бетона по дентру оголовка оставляют отверстие для измерения
температуры. Ускоряют твердение бетона электропрогревом на глубину промерзания
грунта. Бетонирование ведут в металлической инвентарной опалубке.
Качество бетонирования проверяют ультразвуковым методом $8—10% свай) и
испытанием выбуренных кернов (2% свай). Кер-аы выбуривают в 28-дневном возрасте. В
свае, намеченной для контрольного бурения, образуют вертикальную скважину коронкой
диаметром 110 мм на всю глубину сваи плюс 0,5 >м.
По выбуренным кернам определяют состояние бетона сваи: его яористость, наличие
каверн и прочность на сжатие. Для испытания на прочность отбирают керны длиной,
равной диаметрам свай или больше их;
Статическому испытанию на вертикальную нагрузку подвергают не менее двух свай и
также двух на горизонтальную нагрузку (если это необходимо). В просадочном грунте
вокруг контрольных ъв&и грунт замачивают через приямок и скважины, пробуриваемые
аа глубину заложения сваи. Влажность грунта контролируют отбором проб из
дополнительной контрольной скважины. Испытывают еваи с помощью специального
стенда и гидравлических домкратов. Нагрузки передают на анкерные сваи или
передвижную грузовую платформу.
Организация работ. Работы по устройству фундаментов на бу-ронабивных сваях ведут по
технологическим картам захватками по двум рядам кустов свай (13.7). Если куст состоит
из двух свай,
вначале бурят внешние стороны рядов, а затем'внутренние. За время проходки одной
стороны ряда в смежном ряду пробуренные скважины должны быть забетонированы.
Такая последовательность принята для того, чтобы не нарушать стенку пробуренной
ранее скважины при проходке смежной.
Бурение скважин ведется одновременно двумя станками УГБХ-150 в три смены.
Бурильный станок обслуживает звено (4 человека) ; скважины бетонирует звено (3
человека) в две смены.
Производительность труда повышается при выполнении работ двумя буровыми
установками: одну используют для бурения, вторую— для уширения. Так как затраты
времени на обе операции почти одинаковы, исключается необходимость замены рабочих
органов.
Обычно бригада состоит из двух звеньев бурильщиков и одного звена бетонщиков. Состав
звеньев и перечень оборудования для устройства буронабивных свай (на КамАЗе)
указаны в табл. 13.2.
Типы автобетоносмесителей для доставки смеси приведены в табл. 13.2а.
Фундаменты на буронабивных сваях с использованием станков УГБХ-150 сооружаются
меньшими темпами из-за необходимости наращивания шнеков.
При устройстве свай небольшой длины схема производства работ -принципиально не
отличается от описанной выше, но бетонировать скважины несколько проще.
На 13.8, а показана часть свайного поля под промышленное здание со сваями длиной 6 м,
диаметром 0,4 и с уширением до 1,2 м. Почасовая циклограмма (13.8, б), определяющая
время каждого процесса, составлена для установки арматурного каркаса и бетонирования
куста из четырех свай. Общая продолжительность бурения одного куста свай 10,5 ч,
армирования и бетонировалована нужного диаметра (1,6—2 м). Средняя
производительность машин за емену составляет 11—12 скважин с уширениями, готовыми
под заливку бетоном.
Бетон из бункера через воронку укладывают порциями в котлованы. Эту операцию
выполняют с помощью монтажного крана на гусеничном ходу грузоподъемностью 10 т.
Затем бетон послойно уплотняют глубинными вибраторами И-116.
Эффективность устройства буронабивных свай подтверждена: практикой. Так, их
особенно выгодно устраивать в условиях лессовидных грунтов большой мощности. Как
видно из табл. 13.3, преимущество таких свай состоит в резком сокращении объема
земляных работ по сравнению с устройством столбчатых фундаментов., тогда как объем
бетонных работ и их стоимость примерно одинаковы в обоих случаях. В подсчете общей
эффективности учтены снижение сезонных затрат и экономия на накладных расходах.
Следует учитывать также, что при устройстве набивных свай повышается надежность
фундаментов. На основе указанных данных построена сводная циклограмма общего
потока, позволяющего вести работу с таким расчетом, чтобы два буровых станка,
работающих в три смены, обеспечили фронт работы для бригады бетонщиков в две
смены. Из циклограммы видно, что бурение должно вестись двумя параллельными
потоками, а бетонирование одним.
Короткие сваи такой конструкции применяют также в жи-
лищном строительстве Ленинграда. Работы по устройству скважин с их уширением ведут
с помощью буровой машины и бурофрезер-ного уширителя, крепящихся на тракторе С100 (13.9).
Буровой машиной проходят скважины глубиной 3,4 м и диаметром 0,65 м. Затем
уширитель вводят в скважину, и он срезает грунт в зоне опорного уширения. Грунт
заполняет часть скважины, расположенную ниже уширения, и удаляется оттуда буровой
машинок без башмака.
Исследованиями сравнительной эффективности применения забивных и набивных свай
установлена целесообразность набивных свай при консистенции грунта В^0,4 и
просадочной толще в пределах 5—15 м, а также 5<0,4 при глубине 15 м и более.
Особенно же эффективны они по сравнению со столбчатыми и ленточными
фундаментами. Так, по данным Главленинградстроя, применение коротких буронабивных
сзай взамен ленточных фундаментов в жилищном строительстве позволяет уменьшить
объем земляных работ в 2 раза, трудовые затраты на 40% и стоимость на 40—45%. Более
подробно устройство буронабивных коротких свай описано далее на примере свай с
камуфлетным уширением.
Контроль качества. При контроле качества работ по устройству сваи с уширениями одна
из основных операций — определение соответствия диаметра полости пяты проектному.
После уширения пяты и зачистки дна скважины перед установкой армокаркаса проверяют
качество полости с помощью переносной лампы; для этого можно использовать также
буроскоп. Диаметр уширения в процессе разбуривания определяют по риске на
протарированной штанге (специальная риска указывает полное раскрытие ножей).
При осмотре скважины устанавливают соответствие ее размеров проектным,
вертикальность и сохранность стенок, качество основания. Результаты осмотра заносят в
специальный журнал. Отклонение размера пяты от проектного в зависимости от
локальных условий (влажности, плотности, вкраплений мелких булыг и т. п.) допускается в
пределах ±2—5%.
При небольшой глубине заложения сваи (3,5—4 м) вполне удовлетворительные
результаты дает визуальный осмотр стенок скважины и уширения. При большой же
глубине и недостаточном естественном освещении для осмотра уширений используют
прибор типа перископ. Однако при этом способе трудно получить достоверные данные о
чистоте забоя скважины.
Для измерения глубины и диаметра уширений применяют приборы НИИСП Госстроя УССР
и треста «Укрспецгидрофуидамент-строй». Первый обеспечивает замер полости пяты сваи
в пределах 37,5—121>6 см, второй 47,5—160 см при глубине до 25 м.
Влияние чистоты забоя и а н е с у щ у ю с по с о б н о с ть свай. Многочисленные данные
показали, что разброс несущей способности одинаковых по параметрам свай,
выполненных в идентичных грунтовых условиях на тех же площадках, достигает
значительных величин (до 40%). Установленная несущая способность сван в решающей
мере зависит от состояния забоя.
Как показали испытания группы свай в идентичных грунтовых условиях, остатки
разрыхленного грунта на дне скважины существенно снижают несущую способность сваи
по сравнению со сваями в скважинах с зачищенным дном (например, со 170 до 110 тс при
диаметре свай 0,6 м и длине 12,5 м). При уплотнении же разрыхленного грунта несущая
способность сваи повышается до 180 тс.
Для зачистки дна скважины 'Изготовляют ковшовые буры; внесены некоторые изменения
в конструкции механических расширителей, позволяющие зачищать забой;
разрабатывают средства контроля состояния забоя.
Контроль качества бетонных работ ведут в соответствии с требованиями СНиП Ш-15—76
«Бетонные и железобетонные конструкции монолитные».
При приемке фундаментов на буронабивных сваях, в том числе камуфлетных,
предъявляют следующие документы и материалы: проект свайного фундамента; данные
о результатах геологических и гидрогеологических исследований, а также об
агрессивности грунтовых и поверхностных вод; акты геодезической разбивки свайных
фундаментов; результаты испытания материалов, применяемых в свайном фундаменте,
журнал бурения, камуфлетирования и бетонирования свай; исполнительный план
расположения свай в сооружении или конструктивной части его; данные о контрольных
испытаниях свай и заключение.
Бетон отрытых испытываемых свай, обнаженных голов и частей свай под высокий
ростверк не должен иметь шеек, инородных включений и каверн глубиной более 3 см.
Если отклонения превышают допуски, по указанию авторского-надзора устраивают
дополнительные сваи или предусматривают другие мероприятия по усилению
конструкций свай, имеющих дефекты.
§ 2. Организационная система контроля качества устройства набивных свай
На изготовление набивных свай по сравнению с забивными требуется больше операций;
наличие же мокрых процессов в значительной мере усложняет технологию работ. Для
этих условий следует совершенствовать технологию и применять новые технические
средства для гарантированного обеспечения качества свай.
В этой связи представляет интерес опыт организации службы качества изготовления
набивных свай на строительстве КамАЗа. Контроль за строительством фундаментов из
буронабивных свай вела приемочная комиссия, состоявшая из представителей
технической инспекции, строительной лаборатории, авторского надзора, заказчика, НИС
Гидропроекта и производителя работ.
Работники технической инспекции и строительной лаборатории проводили
пооперационный контроль качества изготовляемых свай и совместно с начальником
участка, представителем авторского надзора и куратором заказчика участвовали в
приемке работ. Конт-' ролеры ставили в известность начальника участка о всех
отступлениях от требований ВТУ и добивались их устранения.
Примерный перечень элементов пооперационного контроля качества свай на этой
стройке приведен в табл. 13.4 с указанием контрольных приборов и приспособлений для
контроля качества каждой операции.
Весьма ценно, что при контроле качества бетонной смеси систематически проверялась
марочная прочность цементов и заполнителей, отбирались контрольные образцы
непосредственно на бетонном заводе, а также в ходе бетонирования свай.
Выборочный отбор монолитных образцов грунта из основания сваи
ДГ-500, насосная станция НСП-400, прогибо-меры ПАО-6, шланги высокого давления
Структура грунта в основании сваи
Станок ЗИФ-300 или СБУД-150, коронки с твердосплавной напайкой, грунтонос
конструкции Симонова
§ 3. Камуфлетные сваи
Фундаменты на буронабивных сваях с камуфлетными пятами возведены под
промышленные здания на Братском лесопромышленном комплексе, в Запорожье и под
сотни жилых домов в Киеве, Москве, Харькове, Кривом Роге, Запорожье, Магадане и
других городах.
Сущность метода камуфлетирования заключается в том, что при взрывании грунта
сосредоточенный заряд ВВ, помещенный на достаточную глубину, образует в грунте
камуфлетную полость. Размеры ее, зависящие от свойств грунта и ВВ, колеблются от
нескольких объемов заряда до нескольких их сотен (13.10). Полость, заполненная
бетонной смесью, образует камуфлетную пяту.
Способ уширения основания свай камуфлетным взрывом впервые применил Вильгельми
в 1901 г. Скважины при этом образовывались бурением и погружением обсадной трубы с
открытым нижним концом. После извлечения грунта из трубы туда опускался заряд ВВ и
оболочка заполнялась бетоном, выполняющим роль забойки. В результате взрыва
образовывалась уширенная полость, которую бетонировали, постепенно извлекая
обсадную трубу.
Чтобы исключить трудоемкую операцию по удалению грунта из обсадной трубы, А. А.
Луга предложил в 1941 г. новую конструкцию камуфлетных свай. Металлическая оболочка
по его способу погружается в грунт с закрытым концом, заряд помещается в центр
конуса-наконечника сваи. При расчете заряда А. А. Луга дополнительно учитывал
необходимость взрыва наконечника оболочки (13.11). Взрыв производится после
заполнения оболочки бетоном. Сваи Луги применялись при сооружении мостов, высоких
труб. Современные методы устройства камуфлетных свай разработаны Д. А. Романовым
(НИИСП Госстроя УССР). Опыт сооружения этого типа свай обобщен в Указаниях по
проектированию, устройству н приемке свай с камуфлетной пятой (РСН 130—64).
Устройство буронабивкых коротких свай с камуфлетной пятой описано ниже. В
комплексный процесс изготовления сваи входят следующие операции (13.12): / —
бурение скважины, // — закладка заряда ВВ, /// — заполнение скважины бетоном, IV —
каму-флетный взрыв ВВ для получения уширенной полости, V—добето-нирование
скважины для образования ствола сваи. В зависимости от способности грунта держать
стенку скважины, глубины заложе-
ния, материалов и конструкции сваи схема изготовления такиж свай может
видоизменяться, но последовательность остается той; же.
В подготовительный период необходимо согласовать график устройства камуфлетных
свай с организацией, выполняющей взрывные работы, а при больших объемах работ
подготовить помещение для. хранения ВВ.
Бурение скважин. Для фундаментов пятиэтажных домов, сооружаемых на суглинках,
оптимальными габаритами камуфлетных свай можно считать диаметр 0,4 м и глубину
2,5—3 м. Скважины целесообразно разрабатывать шнеком или буровой коронкой
диаметром 0,38 м, являющейся комплектным оборудованием ямобурз. Фактический
диаметр скважины получается 0,4—0,43 м.
При выборе бурильной установки предпочтение отдают агрегатам, отрывающим
скважины на полную глубину без дополнительных секций шнека.
Буровой агрегат обслуживают машинист и рабочий первого-второго разряда. Последний
обязан сигнализировать машинисту при установке агрегата в исходное положение,
очищать шнек от грунта, дополнительно контролировать вертикальность и глубину
бурения,, помогать сменять буровые наконечники и закрывать устье скзажив
инвентарным щитом после окончания работы. На случай постановки дополнительных
шнеков требуются два вспомогательных рабочих. Производительность агрегата БИК-9 в
грунтах II—III категорий составляет 23—30 скважин в смену при глубине их 2,5 м.
Обсадка стенок скважин инвентарной трубой с воронкой обязательна в несвязных и
малосвязных грунтах. При проходке плотных грунтов необходима коронка с небольшим
патрубком для предо^ хранения устья скважины от обрушения.
Обсадные трубы следует опускать не на полную глубину сква--жин, а на 0,8—1,2 м и выше
дна во избежание деформации конца трубы во.время взрыва.
Инвентарные обсадные трубы можно изготовлять из стальной трубы диаметром 380 мм
или стального листа толщиной 1,5—2 мм; из таких листов изготовляют воронку. Воронка
имеет высоту 400 мм, горловину в верхней части 700X700 мм, которая внизу переходит в
трубу.
Во избежание просадки обсадной трубы и для удобства извлече-кия ее вручную в месте
перехода воронки <в трубу приваривают металлические з'шки из прута диаметром 12—14
мм. В эти ушки прв опускании трубы в скважину закладывают монтажные ломики.
Воронки должны иметь одинаковые размеры для удобства замера разницы уровней
бетонного столба в скважине и воронке до взрыва к после него.
Камуфлетирование свай. На одиночный объект взрывчатые вещества завозят на
строительную площадку из расчета суточной потребности их в соответствии с проектом
производства взрывных. работ..
Один из основных методов контроля размера пяты — определение диаметра уширения
по расходу бетона, измеренного рейкой по понижению уровня бетона в скважине после
взрыва. Данные замеров заносят в журнал, который ведут как основной исполнительный
документ при производстве свайных работ.
Журнал по форме, указанной в табл. 13.7, заполняет специально выделенный лаборант,
техник ПТО или мастер под контролем лица, ответственного за проведение работ на
данном сооружении.
При камуфлетирован-йи полостей скважины обычно применяют электрический способ
взрывания с помощью электродетонатора (ЭД) и реже с помощью детонирующего шнура
(ДШ).
Для осуществления взрыва электродетонатором необходимы источники тока, приборы
для взрывания, проводники цепи и электроприборы, измеряющие сопротивление
взрывной сети и электродетонаторов. Источником тока для взрыва служит
электроосветительная или силовая сеть, для подключения к которой оборудуют закрытый
кожухом рубильник. Доступ к последнему имеет лишь взрывник. Рубильник включают в
сеть только в момент взрывания.
При отсутствии электросети вблизи объекта источником тока могут служить взрывные
машинки типа ВМК-3/50, К.ПМ/2, ВМА-5© и ПМ/1.
Взрывную сеть проводят в дублированном исполнении. Каждый заряд снабжают
четырьмя электродетонаторами, присоединяемыми по два к основной и дублирующей
двухпроводной электросети.
Для защиты проводов от повреждения и,намокания в пределах воронки и скважины их
вставляют в резиновые или эбонитовые шланги, а при отсутствии последних провода
защищают деревянными рейками. Удобен в эксплуатации электрошланг марки ШРПС к
резиновой оплетке. Конец проводки прочно прикрепляют к таре заряда.
После установки заряда проверяют сопротивление электровзрыв--ной сети. Разница в
расчетном и полученном при замере сопротивлениях не должна превышать 10%- Заряд
при опускании в скважину устанавливают по ее центру. При больших диаметрах скважин:
для этого используют направляющие планки.
Способ электрического взрывания дает возможность производить взрывы с расстояний,
предусмотренных правилами техники безопасности. При этом можно одновременно
взорвать любое количество зарядов и предварительно проверить всю цепь, что
обеспечивает безотказность работы.
Недостаток этого способа — возможность преждевременного-взрыва от блуждающих
токов, для ослабления действия которых требуется дополнительная защита.
Заряд должен иметь объемную массу не менее 1,5 г/см3, с тем чтобы он не всплывал при
заполнении скважины литым бетоном или при попадании на него воды.
Бетонирование первое. После' опускания заряда в скважину (13.13) его засыпают на 10—
15 см песком или заливают раствором для смягчения удара падающего бетона о ящик с
зарядом при бетонировании. В случае заполнения скважины товарным раствором эта
операция отпадает.
Высота столба смеси над зарядом должна быть достаточной для предотвращения
выброса бетона при взрыве.
Минимальную высоту заполнения трубы бетонной смесью для камуфлетирования свай в
неустойчивых грунтах назначают из условия просадки столба смеси после взрыва на
высоту, необходимую для заполнения всей камуфлетной полости, а также бетонной
пробки над ней высотой 2 м.
При устройстве пробных камуфлетных свай следует уточнить •величину столба,
определенную расчетом.
Бетонирование скважины ведут из бункера, вместимость которого зависит от темпа
работы, типа подъемного механизма и транспорта.
При подаче бетона автокраном грузоподъемностью 5 т применялись четыре бункера
вместимостью 0,25 м3. Два из них находились под разгрузкой, а два — в работе. Если на
сооружении фундамента используют кран нулевого цикла, то необходим бункер
емкостью в 2 м3, что обеспечивает бетонирование пяти скважин за один цикл. Бункера
должны иметь затворы секторного типа, позволяющие легко регулировать выдачу
бетонной смеси.
При подаче смеси запрещается находиться над скважиной, затвор же бункера следует
открывать удлиненной ручкой, с тем чтобы находиться от центра скважины на расстоянии
1—1,2 м.
При большой жесткости смеси столб ее может зависнуть над скважиной. Пробку бетона
легко разрушить вибробулавой или любым стержнем (лом, арматурный прут и т. п.).
После взрыва ВВ надо выждать несколько минут, пока развеется дым, и одновременно с
замером уровня смеси осмотреть скважины. Неглубокие скважины (2,5—3 м) днем легко
просматриваются на полную глубину.
На 13.15 показаны шаблоны для выверки арматурных выпусков, связывающих сваи со
сборными раидбалками. Шаблоны воспроизводят размеры рандбалок и размещение в
них каналов для арматуры.
В стыке сваи с колонной посредством сварки монтажных столиков после вибрирования
головы сваи в бетон на отметку монтаж-
ного горизонта вдавливают анкеры монтажного столика. Операцию эту можно легко
выполнять вручную в свежем бетоне. Небольшое осаживание столика производят
ударами кувалды. Верх сваи желательно выполнять с минусовыми допусками, а под
монтажный столик следует подлить цементный раствор.
При сборном варианте тела сваи вместо операции второго бетонирования производят
монтаж (посадку) крловны.
Устанавливают сборные железобетонные сваи основным монтажным механизмом. При
очень жесткой бетонной смеси для уплотнения ее в камуфлетном котле используют
вибратор. После опускания и выверки сваи зазор между ее боковой поверхностью и
стенкой скважины заливают жидким раствором. Незначительную рих-
товку сборной стойки, которая может потребоваться в процессе ее погружения,
выполняют клиньями с подносными-струбцинами.
Монтаж сборных конструкций подземной части дома обычно ведет тот же состав
бригады, что и свайные работы. При монтаже в особых условиях (зимнее время, мерзлые
или несвязные грунты, приток воды и т. п.) вводят дополнительные операции.
Техника безопасности. Кроме выполнения правил техники безопасности для выполнения
общестроительных работ при устройстве камуфлетных свай необходимо соблюдать
дополнительные правила. Так, взрывные материалы положено завозить на строительную
площадку в количестве, не превышающем суточной потребности. Подготовку зарядов
следует вести в специально оборудованном помещении.
Перед началом взрывных работ из членов бригады выделяют оцепление, которое
инструктируется взрывником с записью в журнал особо опасных работ. После сигнала
взрывника и до отбоя в опасную зону (30 м) никто не допускается.
Во время взрыва из опасной зоны необходимо вывести всех, включая взрывников.
Машины должны находиться не ближе 3 м от скважины, причем стекла в кабинах нужно
закрыть во избежание повреждения от случайных разлетов отдельных щебенок или
комьев земли.
Руководители взрывных работ применяют звуковые сигналы свистком или сиренами.
Первый сигнал (предупредительный) подают одним продолжительным свистком. По
этому сигналу люди выходят из зоны, а оцепление занимает свои посты. Второй сигнал
(боевой) — два продолжительных свистка. После этого сигнала производится взрыв.
Третий сигнал (отбой) подают тремя короткими свистками после осмотра места взрыва.
Только после этого (а не после взрыва) разрешается доступ в зону работ.
Комплексная механизация и организация работ. В практике сооружения домов на
камуфлетных сваях применяют несколько схем механизации работ.
На 13.18 показаны технологические схемы и график производства работ с
использованием автоямобура и автокрана. Бурить 103 скважины было запроектировано
автоямобуром с разбивкой на 6 захваток по числу смен со средней производительностью
20 шт. в смену. Шестая смена — фактически резервная, так как остается пробурить лишь 3
скважины.
Бетонируют сваи с помощью автокрана К-51 с 17 .стоянок. С каждой стоянки изготовляют
в среднем 6 свай в полном цикле (первое и второе бетонирование). Время
камуфлетирования в данном случае является технологическим перерывом. Изготовить
все
сван предусмотрено за 7 рабочих смен. Монтаж сборных рандба-лок производится в
течение 4 смен тем-же краном. i Общая продолжительность выполнения нулевого цикла
до отметки низа цоколя при двухсменной работе принята 10 дней.
К недостаткам этой схемы относятся невозможность комплексного выполнения всей
подземной части из-за непригодности принятого основного механизма — автокрана —
для монтажа цокольных панелей и перекрытий; необходимость устройства временных
дорог для автокрана на недренирующих грунтах; значительные потерн времени на
установку крана в рабочее положение из транспортного, и наоборот, что, по данным
треста Мосоргстрой, уменьшает время полезной работы автомобильного крана почти в
два раза по сравнению с самоходным.
Описанную схему механизации целесообразно применять в условиях благоприятных
грунтов (дренирующий или мерзлый грунт), для бесподвальных зданий с цоколемрандбалкой, имеющей массу, соответствующую грузоподъемности крана, если с его
помощью ведут сборку надземной части, а также при малом объеме работ, когда
завозить самоходный кран нецелесообразно.
В случаях сооружения камуфлетных фундаментов в особых грунтовых условиях в
комплекты нужно вводить дополнительные механизмы и применять схемы производства
работ, показанные на 13.19 и 13.20.
Экономические показатели устройства камуфлетных свай. Фундаменты на сваях с
камуфлетной пятой целесообразно устраивать в тех же случаях, что и другие набивные
сваи, выполняемые сухим способом. Их устраивают тогда, когда требуется увеличить
несущую способность ранее погруженных в грунт свай-оболочек с открытым нижним
концом или глухим конусным башмаком.
В табл. 13.9 приведены технико-экономические показатели возведения подземной части
бесподвального здания (графы а и б) и здания с продольной несущей стеной и
техническим подпольем (графы в и г) на сборных ленточных фундаментах и камуфлетных
сваях. Подсчеты выполнены по рабочим чертежам и ППР.
Из этих данных видна эффективность применения камуфлетных свай по всем
показателям. Лучшие результаты достигнуты в случае устройства камуфлетных свай для
бесподвального здания (стоимость 79%, трудовые затраты 48%; сроки работ 50%), однако
и в случае высоко расположенного ростверка (графы в и г) результаты достаточно
хррошие.
В табл. 13.10 приведена структура затрат на сооружение подземных частей типовых
жилых зданий с продольной несущей стеной. Характерно значительное уменьшение
земляных работ по сравнению с блочным вариантом и особенно важно резкое снижение
объема земляных работ, выполняемых вручную. В фундаменте с камуфлетными сваями,
равно как и с другими набивными сваями, земляные работы выполняют лишь для
выравнивания пола в щитовом помещении и тепловом пункте. При небольших
изменениях проекта (вынос электрощита в надземную часть, монтаж элеватора на стене
техподполья без устройства отдельного помещения) ручная разработка грунта будет
полностью ликвидирована.
Основная экономия достигается вследствие уменьшения расхода бетона в стенах подвала
(в блочном фундаменте прочность бетона используется не полностью).
На взрывные работы, позволяющие мгновенно создать ушире-ние и увеличивающие
несущую способность опоры в 5—6 раз, затрачивается незначительная сумма.
§ 4. Сваи с лучевидным уширением
Для увеличения опорной площади свай в их основании применяют различные методы и
механизмы. Одним из механизмов является сконструированный инженерами Ягудиным и
Дружининым гидравлический уширитель свай. Впервые он был применен в Куйбышеве и
Волгограде в 1965 г. для фундаментов гражданских и сельскохозяйственных зданий, а
впоследствии — для крупнопанельных жилых домов и промышленных объектов
Минпромстроя СССР.
Технологическая последовательность устройства свай с лучевидным уширением
принципиально не отличается от применяемой при изготовлении других типов
буронабивных свай.
Оригинальным является метод образования местного уширения. скважин с помощью
устройств УГС-2, УГС-2М и УСМ (13.21). Гидродомкрат приводится в действие
маслопасосной станцией про-ритель, опущенный на дно скважины, под воздействием
гидродом-крата установки УГС-2, УГС-2М или электромеханического привода установки
УСМ путем ра'здвижки плит шарнирной системы создает местное уширепие полости
скважины.
Комплект устройств УГС-2 и УГС-2М состоит из гидродомкрата ДГ-170-1120 и приваренной
к тягам шарнирной системы. Можно применить и другие типы гидродомкратов двойного
действия с максимальным усилением Р-150 т и ходом поршня не менее 600 мм.
Гидродомкрат приводится в действие маслонасосной станцией производительностью
10—20 л/мин с рабочим давлением 250 ат.
Установка УГС-2 (13.21, б) работает следующим образом.. Масло из резервуара насосной
станции, состоящей из трех сблоки-
рованных плунжерных насосов НСП-400, подается по гибкому шлангу под поршень
гидродомкрата в нижний штуцер и поднимает поршень вверх. Шток гидродомкрата с
жестко приваренными к нему тягами передает через них усилия шарнирной системе.
Плиты этой системы сближаются по вертикали и, уплотняя грунт, образу-
ют уширенную пяту скважины. Снижением давления в гидродомкрате шарнирную
систему уширителя приводят в первоначальное положение, и установку извлекают из
скважины.
Бетонируют скважины с уширенной пятой обычными методами.
Если необходимо уширить пяту по всему периметру сваи, операцию уширения выполняют
повторно с предварительным поворотом рабочего органа на ширину плиты, с тем чтобы
грунт уплотнялся между лучами уширения.
В установке УСМ (уширитель скважин механический) вместо гидравлического привода
применен электромеханический (13.21, в).
Установки гидравлического действия УСГ-2 и УСГ-2М отличаются конструкцией рабочих
органов. Рабочий орган УСГ-2 состоит из пяти парных плит. Каждая пара связана
шарнирно между собой и с шарнирной системой. В рабочем органе УСГ-2М имеется два
ряда парных плит, по 5 пар в каждом ряду. Это позволяет не-
сколько увеличить площадь уширения и уменьшить количество грунта, попадающего
внутрь шарнирной системы.
В типовых технологических нормалях отражены затраты времени и труда на изготовление
одной сваи. По графику строительства продолжительность работ по устройству
подземной .части дома составляет 12 дней.
На строительстве нескольких зданий химической промышленности в Чувашской АССР
буронабивные сваи устраивали в суглинке в виде кустов из 4—6 шт. длиной от 4 до .9 м
диаметром 0,5 м и уширением 1,2 м. Скважины до 9 м бурили в два приема. Вначале
ямобур шнеком проходил грунт до отметки — 3,5 м, а затем их бурили на проектную
глубину вибробуром ВБ-1, подвешенным1 на крюк крана.
Вибробур обслуживало звено в составе машиниста, крановщика и двух подсобных
рабочих. Бурение велось, в несколько циклов (одна проходка дает заглубление примерно
0,8 м).
Для уширения пят применялось навесное оборудование крана или автопогрузчика УСГ2М. Состав звена был тот же, что и при бурении скважин. Затраты времени на уширение
одной пяты составляли 16—18 мин (20—25 свай в смену).
На одном из объектов были применены комбинированные сваи со сборным
железобетонным стволом. Стойки погружались с помощью дополнительного груза
массой 1,5—2 т. Пазухи скважин заливались бетоном.
Сравнение показателей трех вариантов фундаментов для корпуса синтеза химического
комбината в Чебоксарах приведены в табл. 13.11.
Замена ленточных фундаментов набивными сваями, как отмечалось ранее, дает большую
экономию трудовых затрат. Устройство фундаментов на набивных сваях при
строительстве крупнопанельных домов позволило почти в 2 раза снизить стоимость
фундаментов.
§ 5. Устройство буронабивных свай с помощью специализированных установок
Сваи «Беното». Глубокие опоры из набивных свай широко применяют в зарубежной
практике. Одним из типов таких опор являются набивные сваи, выполняемые
специальными агрегатами фирмы «Беното» (Франция). Эта фирма создала конструкции
специализированного оборудования для выполнения всех операций по устройству
глубоких свайных опор.
Одним из видов оборудования фирмы «Беното» является станок ЕДФ-55-Cyriep, частично
применяемый на советских стройках. С помощью этого станка можно устраивать сваи
диаметром от 0,36 до 2,1 м и глубиной до 120 м в различных гидрогеологических
условиях. Буровой уширитель позволяет увеличить опорную поверхность в 5—6 раз.
Несущая способность таких свай достигает 1000 тс.
Агрегат состоит из двух систем, смонтированных на одном шасси: бурового станка и
гидравлической установки для погружения обсадных труб (13.22),
Проходку скважины ударным бурением ведут с помощью тру-, боэкскаватора «ХаммерГраб». Он представляет собой грейферный захват специального типа массой от 1150 до
1435 кг для рыхления грунта в скважине и извлечение его.
Агрегат снабжен трубогибочным станком для заготовки на месте обсадных труб нужного
диаметра из металлического листа толщиной 6—10 мм и сварочными аппаратами для
сварки листов и стыкования труб между собой по мере погружения их в грунт. Можно
применять и железобетонные трубы.
Опорой служат четыре боковые лапы, перемещаемые гидравлическими домкратами.
Агрегат передвигается по площадке по принципу шагающего экскаватора. Когда агрегат
приподнят с помощью одних домкратов, два других приводят в движение две лыжи с
рельсами, по которым машина может передвигаться.
Длина агрегата ЕДФ-55 в рабочем положении 8,7 м, ширина 3,65, высота 13,5 м; масса без
осадных труб 32 т.
К месту работ станок перевозят на тележках на автомобильном ходу. Установку
обслуживают три человека: оператор, выполняю-
щий основные работы с помощью лебедки, второй оператор, управляющий
гидравлической системой, насосами и домкратами, и подсобный рабочий.
Перед началом работ производится разбивка осей свай; отклонение положения
отдельной сваи допускается в пределах ±5 см.
При бурении следят за соответствием геологических и гидрогеологических условий,
принятых в проекте. Для этого отбирают но мере заглубления образцы грунта, которые
хранят до составления акта приемки — сдачи свай. Периодически замеряют сваи для
сопоставления фактической геологической обстановки с проектной.
При бурении скважин стенки их закрепляют обсадными трубами, состоящими из
отдельных секций длиной 2,4 или 6 м.
На нижнем фланце первой секции монтируют режущий наконечник. Для бурения
пластичных глин, крупнообломочных пород и песков применяют обычные режущие
наконечники, а при проходке скальных грунтов и твердых глин — твердые.
Особенностью разработки скважин станками «Беното» является оригинальный способ
обуривания забоя обсадной трубой. Последняя внедряется в забой, совершая с помощью
гидроустройства вращательные движения попеременно в противоположных
направлениях и одновременно поступательное движение на забой (13.23).
Скорость проходки скважины, колеблющаяся в широких пределах (0,8—6 м/ч), в
значительной степени зависит от выбранного рабочего органа для данного грунта.
Поэтому бригада должна по-
стоянно следить за напластованием грунта и в случае 'необходимости заменять рабочие
элементы (13.24).
Грейфер со сменными челюстями является основным рабочим органом для разработки
грунтов, причем песчаные и крупнообломочные грунты разрабатывают грейфером
большего объема, пла-грейфером, имеющим челюсти с режущими кромками, а твердые
глины и скальные грунты — челюсти с режущими
зубьями.
При разработке особо твердых грунтов челюсти грейфера блокируют приспособлением, и
он работает как ударное долото. Для бурения особо твердых скальных грунтов
применяют ударные долота, снабженные зубьями или прямыми резцами.
Водонасыщенные пески и ил разрабатывают желонкой. Быстрый подъем и открывание
этого органа (от двух до трех операций в 1 мин при глубине до 15 м) значительно
ускоряют производство работ. Трубы длиной 2,4—6 м соединяют между собой с
помощью болтов или винтовой нарезки.
Уширитель «Сегби» (13.24, в) перед разбуриванием закрепляют специальным
устройством внутри обсадной трубы, для чего последнюю приподнимают над забоем.
Механизм раскрытия ножей работает от гидропривода. Грунт извлекается из скважины
при сомкнутых режущих ножах.
По окончании бурения дно скважины очищают от грунта с помощью грейфера, и при
необходимости в скважину устанавливают арматурный каркас отдельными секциями.
Каркас закрепляют так, чтобы образовать защитный слой арматуры толщиной до 5 см.
Если армируют только голову сваи, арматурные стержни погружают
в свежий бетон.
В практике сооружения свай «Беното» применяют три способа бетонирования: при
подаче бетонной смеси по бетонолитной трубе, раздельный способ, и с помощью
контейнера, входящего в комплект оборудования.
Бетонную смесь литой консистенции обычно укладывают по спускной трубе диаметром
195 мм. Под водой скважины бетонируют методом вертикального перемещения трубы
или с помощью контейнера, имеющего форму усеченного конуса с расширенным
основанием. Нижняя часть контейнера закрывается двумя створками полусферической
формы, для управления которыми предусмотрен' стержень. Когда створки находятся на
дне скважины или на поверхности уложенногс бетона, они не закрывают отверстий в
контейнере, что обеспечивает полное опорожнение последнего при подъеме (13.25).
Бетонирование сваи станком «Беното» производят следующим образом. При сомкнутых
створках заполняют контейнер бетоном, закрывают верхние заслонки и погружают в
скважину. Скважина в этом случае всегда находится под полным давлением водяного
столба. Затем у створок, находящихся на дне скважины или на поверхности уложенного
бетона, ослабляют затвор, и они приоткрываются. При поднятии контейнера бетон
высыпается, а освобожденное пространство в контейнере заполняется водой, которая
поступает через верхние заслонки, открывающиеся в одно время с нижними.
Быстрее удаляется бетон из контейнеров, имеющих форму усеченного конуса. В таком
контейнере столб бетона не соприкасает-
ся с водой, находящейся в скважине. Смесь выгружается только при положении
контейнера на дне скважины или на поверхности уложенного бетона.
При раздельном бетонировании после установки каркаса в скважину пропускают трубу
для подачи раствора, засыпают щебень или гравий (фракции 20—70 мм), после чего
нагнетают цементный раствор под давлением.
Вследствие вращателыю-поступательного движенил трубы бетон проникает в
окружающий грунт и повышает сцепление сваи с ним, что значительно увеличивает
грузоподъемность сваи. Несущая способность свай, изготовленных таким способом,
достигает 400 тс/м2.
В ходе выполнения работ нужно тщательно вести журналы бурения и бетонирования, так
как с их помощью контролируется качество изготовляемых буровых свай. В зимних
условиях регулярно измеряют температуру бетонной смеси.
Приемку буровых свай производят до устройства ростверка на основании следующих
документов: проекта фундамента, актов приемки материя* лов, данных лабораторных
испытаний контрольных кубиков,'мате-" риалов геологической разведки буровых
скважин, исполнитель* ных планов буровых свай, актов на скрытые работы и журнала из*
готовления свай.
Помимо устройства одиночных вертикальных свай с помощью агрегата «Беното» можно
изготовлять сваи с уклоном до 12° от вертикали, сплошные подпорные или
противофильтрационные стенки по методу секущихся свай, скважины для водоснабжения
и вести вертикальный дренаж.
Ввиду того, что бурение скважин происходит бесшумно и без вибраций, работы можно
вести в непосредственной близости от зданий.
На устройство одной сваи длиной 20 м диаметром 1 м в грунте средней плотности
требуется примерно 10 ч: на бурение — 5 ч, установку арматуры — 1 ч, бетонирование —
3,5 ч, выемку трубы и передвижение агрегата — 30 мин.
С помощью машин «Беното» за рубежом и в СССР были сооружены фундаменты для
различных видов зданий. На сваях «Беното» возведено, в частности, 40-этажное здание из
железобетона «Экзе-гсутив Хауз» в Чикаго, при этом 57 свай были погружены в
ледниковый моренный грунт с крупными валунами на глубину 35 м. Бурение и
бетонирование каждой сваи заняло в среднем 17 ч.
Многоэтажный жилой дом по проекту Ле Корбюзье в Марселе опирается на 36 столбов,
каждый из которых передает нагрузку 2000 т на куст из трех свай (13.26). Диаметр ствола
сваи равен 1,5 м, уширенной пяты — 3 м. Бурение скважин на глубину 12 м (в плотных
мергелях) выполнялось грейфером «Хаммер-Граб» под защитой обсадной трубы.
Уширение скважины до 3 м (при высоте усеченного конуса пяты 2,5 м) было выполнено
вручную отбойными молотками. В среднем на бурение одной скважины затрачивалось 15
ч.
13.26. Опора фундамента дома по проекту Ле Корбюзье в Марселе
При постройке телефонной станции в Рио-де-Жанейро сваи длиной 19 м были оперты на
плотные пески, насыщенные водой. Уширения выполнены с помощью сжатого воздуха.
Сваи диаметром 1 и 1,25 м воспринимают нагрузки до 760 т.
В практике советского строительства агрегаты «Беното» применяют с 1960 г. для
устройства фундаментов под особо ответственные сооружения. В результате устройства
таких свай на Криворожской ГРЭС-2 и Березовской ГРЭС экономия составила около 140
тыс. руб. Кроме того, удалось значительно сократить сроки выполнения работ. Сваи
«Беното» были применены в гражданском строительстве Москвы для крупных объектов
различного назначения, данные о которых приведены в табл. 13.12.
Опыт устройства свай «Беното» показывает, что несущую способность их можно повысить
в случае прорезки толщи слабых и насыпных грунтов и опирания их подошвы на плотные
материковые породы и грунты. Так, при строительстве высотной части дома Совета
Министров РСФСР часть свай была оперта на мергель, часть — на известняк. Расчетная
нагрузка на одну сваю диаметром 1,2 м принималась равной 650 тс. Фактическая несущая
способность при диаметре свай 0,9 м и опирании на мергель составила 840 тс, а при
опирании на известняк— 1020 тс. При строительстве путепровода Каширо-Рублевского и
Минского шоссе применение свай «Беното» диаметром 0,9—1,2 м обеспечило передачу
на них нагрузок от 250 до 400 тс.
Для ограничения воздействия ударных нагрузок на существующие здания сваи «Беното»
были применены при укреплении стен Малого театра.
В настоящее время транспортировка бетонной смеси осуществляется
автобетоносмесителями на базе автомашин КрАЗ, а перемешивают смесь
непосредственно перед ее укладкой. В Москве до 1980 г. возведено более 1000 свайных
опор с несущей способностью от 250 до 700 тс.
Сваи «Беното» целесообразно применять главным образом при значительной глубине и
большой единичной мощности. При наличии оборудования они эффективны при
строительстве высотных зданий.
Резервом дальнейшего снижения стоимости устройства свай «Беното» является снижение
неоправданно высокой стоимости ма-шино-смены, повышение качества инженерногеологических изысканий и увеличение несущей способности свай, а также ряд мер
организационно-технического порядка. Опоры подобных конструкций особенно
эффективны для строительства высотных зданий.
Оборудование для устройства сваи фирмы «Като и Мицубиси». Такое оборудование,
выпускаемое фирмой «Като», аналогичное рассмотренным выше агрегатам «Беното»,
получило большое распространение в Японии. Несколько таких агрегатов приобретено
нашими строительными организациями.
Фирма выпускает агрегаты двух вариантов: массой 20 и 50 т (13.27). Оборудование
позволяет сооружать сваи диаметром до 2 м при практически неограниченной глубине
(табл. 13.13).
Станками фирмы «Като» можно разрабатывать грунт грейферным способом и роторным
бурением в отличие от станков «Беното» которые рассчитаны только на грейферный
способ бурения.
Ударные грейферы применяют для бурения сыпучих, рыхлых грунтов и средней
плотности. Грунт из грейфера через наклонный желоо выгружается в кузов автомобиля
или на другой вид транспорта через разгрузочный патрубок. Производительность
машины I—о м /ч в зависимости от свойств грунта.
В комплекте агрегата имеются трехстворчатые грейферы, используемые при разработке
твердого грунта. Мягкие или сыпучие грунты разрабатывают с помощью грейфера, у
которого вместо
челюстей имеются две створки в форме полусфер. Для разработки и извлечения
плывунного грунта используют ковш с донным клапаном, через который удаляется
разработанный грунт.
Прочные породы, включая скальные, разрабатывают с помощью падающего долота,
подвешенного на канате. После каждого удара
долото поворачивается на несколько градусов, что ускоряет процесс разработки. Масса
крестовых долот достигает 4 т.
Для связных грунтов средней плотности применяют роторный способ их разработки с
использованием цилиндрического бура. После заполнения грунтом бур извлекают из
скважины и удаляют из него породу через откидную торцовую крышку.
Производительность при этом способе разработки грунта составляет 3— 5 м3/ч.
При разработке более прочных грунтов рабочим органом служат шарошечные долота,
которые имеют лопасти с зубьями из высокопрочного металла.
Из скважин разработанный грунт извлекается механическим или гидравлическим
способом. При бурении грунтов малой и средней прочности рабочий орган периодически
поднимают на поверхность и освобождают от грунта. Эту операцию выполняют при
грейферном и роторном (с по-
мощью бура) способах бурения, а также при разработке пластичных грунтов, налипающих
на рабочие органы.
Грунты, разрушенные на мелкие фракции, удаляют гидравлическим способом — путем
прямой или обратной промывки скважины водой или глинистой суспензией. При
разработке грунта шарошечным долотом применяют обратную промывку скважины. Воду
из скважины откачивают эрлифтом через буровую штангу. В отдельных случаях при
разработке грунта долотами применяют прямую промывку с использованием глинистой
суспензии.
При использовании станков фирмы «Като» применяют два способа крепления стенок
пробуренной скважины: с помощью инвентарных труб и гидравлический, когда скважины
бурят под глини-| стой суспензией. Более целесообразно крепить стенки скважин
обсадными инвентарными и стальными трубами. При разработке малосвязных грунтов
обсадную трубу осаживают с опережением забоя, что предотвращает наплыв грунта в
скважину, а плотных грунтов — одновременно с понижением уровня забоя.
Для осаживания трубы ее вращают вокруг продольной оси в одну и в другую сторону на
20—30° с одновременным вдавливанием. Для этого используют гидродомкраты,
соединяемые с обжимным хомутом, надеваемым на обсадную трубу.
После достижения проектной отметки инвентарные обсадные трубы извлекают по мере
укладки бетонной смеси. Для извлечения труб используют вертикальные домкраты в
сочетании с неполным вращением труб.
Способ бурения скважин под глинистой суспензией применяют при сооружении
ограждающих железобетонных стенок в таких грунтах, когда устойчивость стенок
скважины невозможно обеспечить обсадными трубами. Крепление скважины глинистой
суспензией требует дополнительного оборудования и увеличения затрат труда.
У буровых станков фирмы «Като» имеется уширитель. В закрытом виде он представляет
собой цилиндр, состоящий из трех створок, прикрепленных к основному корпусу. .В
корпусе уширителя расположены выдвижные лапы для уширения скважины. С помощью
гидродомкратов открываются створки уширителя и выдвигаются лапы.
При включении механизма вращения одновременно открываются створки основного
цилиндра, которые при вращении уширяют диаметр скважины. Для извлечения
срезанного грунта закрывают створки, не прекращая вращения, в результате чего грунт
поступает внутрь рабочего цилиндра.
В отличие от станка 20 ТН агрегат 50 ТН может работать и роторным способом, используя
обратную циркуляцию воды. С ее помощью забой непрерывно очищается от разбуренной
породы и охлаждается буровой наконечник, а при заливке скважины водой выше уровня
грунтовых вод закрепляются ее стенки.
При прямой циркуляции вода нагнетается насосом в буровые штанги, омывает забой и
возвращается на поверхность по кольце-
вому зазору между буровыми штангами и стенками скважины. При обратной циркуляции
вода поступает в скважину сверху и, омывая забой, через трубы возвращается на
поверхность. К преимуществам обратной промывки относятся: чистота скважины, более
быстрая и лучшая очистка забоя.
Агрегат обслуживает бригада из семи человек: два оператора и пять рабочих,
совмещающих профессии бурильщика, арматурщика и бетонщика. Особенно широко
применяют в Японии агрегаты «Ка-то» для устройства фундаментов под многоэтажные
гражданские и промышленные здания и под эстакады.
§ 6. Сваи-инъекторы
Свая-инъектор, являющаяся разновидностью забивных пли набивных свай, имеет пяту из
массива, образованного одним из известных способов искусственного закрепления
грунта. Внутри за-
бивной сваи-инъектора в отличие от обычных имеется инъекторная труба диаметром
1,5—2" (38—50 мм). Нижний конец трубы, выступающий из тела, перфорируют или
снабжают пробкой, выбиваемой после погружения сваи (в последнем случае конец трубы
находится заподлицо с острием сваи). Верхний конец трубы во избежание повреждения
во время забивки помещают ниже головы сваи и также защищают пробкой (13.28).
Изготовляют набивные сваи-инъекторы методом, обычным для набивных свай, при этом
инъекторную трубу забивают в центре готовой скважины, а нижний конец должен
находиться ниже подошвы скважины на 0,5 м. Чтобы раствор на вышел в пространство
между инъектором и обсадной трубой, конец последней закрывают водонепроницаемой
пробкой. После этого нагнетают раствор в грунт, а затем в тело сваи.
Сзаи-инъекторы можно применять как для устройства фундаментов для новых зданий и
сооружений, так и при реконструкции и укреплении существующих.
Техническую возможность инъецирования и выбора способа закрепления грунта
определяют теми же соображениями, что и при
химических методах закрепления грунтов. В последнее время широко применяют .
силикатизацию песков, цементно-глинистые растворы, карбамидные и другие полимеры,
а также комбинированные смеси с введением в качестве отвердителей кислот и др.
Используя данные, разработанные НИИ оснований по классификации способов
химического закрепления грунтов, можно выбрать более рациональный способ
закрепления грунта в основании-, по техническим и производственным показателям.
Опыт устройства фундаментов с применением свай-инъекторов в Венгрии описан И. А.
Ганичевым в книге «Устройство искусственных оснований и фундаментов» (Стройиздат,
1973). Для фундаментов новых зданий там применяют забивные сваи-инъекторы, а для
укрепления существующих фундаментов — буронабивные.
При сооружении гражданских и промышленных объектов в г. Дьере сваи-инъекторы были
установлены в гравелистом покровном слое со слабым грунтом мощностью в несколько
метров и при высоком уровне грунтовых вод.
Цементная суспензия нагнеталась в скважины для свай длиной s 5 м обычным
растворонасосом (13.29). Предельная несущая способность свай была принята 50 тс,
фактическая достигает 60 тс.
В аналогичных грунтовых условиях сваи-инъекторы были применены для фундаментов
ряда объектов Боршодской рудообогати-тельной фабрики. Всего было изготовлено
несколько тысяч свай. Во всех случаях была получена значительная экономия средств.
§ 7. Сваи с термоуширенной пятой в вечномерзлых грунтах
В вечномерзлых грунтах преимущественно устраивают фундаменты с вмороженными в
грунт железобетонными сваями. Однако сваи, вмороженные в так называемые
высокотемпературные вечно-мерзлые грунты (То ^ 2°С), имеют низкую несущую
способность. Это вынуждает увеличивать длину и количество свай по сравнению со
сваями в низкотемпературных грунтах. Расход свай при этом возрастает примерно в 2—4
раза.
Применять обычные методы устройства набивных свай с уширенной пятой не удается изза высокой прочности мерзлых пород. Учитывая это, инженер Эпштейн (г. Норильск)
предложил уширять пяты свай с помощью агрегата термомеханического бурения,
который был создан в Гипрорудмаше и Харьковском авиационном институте.
Этим агрегатом можно бурить в вечномерзлых грунтах скважины глубиной до 10 м при
диаметре 0,5 м и с уширением пяты до 1,3 м. Средняя скорость бурения вечномерзлых
крупнообломочных пород с крупными включениями составляет 12—16 м/ч, а песчаных и
глинистых грунтов с линзами льда — 26 м/ч.
В комплекс работ по устройству сваи входят операции термобурения скважины и
уширения ее, погружение готовой сваи и последующее бетонирование уширения, а также
и зазоров между сваей и стенками скважины. Бетонирование ведут раздельным методом
путем нагнетания цементного раствора под давлением по 5 ат.
Расчетная нагрузка на сваю длиной 5 м и уширенной пятой 0,8 м составляет 80 тс в
высокотемпературных вечномерзлых и талых грунтах основания. Предельная нагрузка на
сваю этого типа достигает 150 тс, т. е. выше в 5—8 раз, чем у свай без пят. Несущая
способность свай с термоуширенной пятой в вечномерзлых низкотемпературных грунтах
(Го ^ 2° С) может превышать 200 тс.
В целом опыт устройства свай с термоуширенной пятой в Норильске расширяет область
применения набивных свай смешанной конструкции. Буронабивные сваи изготовляемые
под глинистым раствором
§ 1. Общие сведения
Способ бурения под глинистым раствором впервые был применен в начале 30-х годов
при проходке вертикальных стволов на шахтах Подмосковного бассейна. Этот метод
теоретически обоснован в трудах Н. М. Герсеванова.
Глинистый раствор, имея большую массу, чем у воды, на любой глубине создает
избыточное давление, удерживающее частицы грунта на поверхности стенок скважины.
Кроме того, частицы раствора
закрепляют стенки, образуя небольшую, но устойчивую корку. Благодаря этим свойствам
глинистый раствор удерживает стенки скважин от обрушения. При циркуляции раствор
выносит на поверхность разрыхленные породы из скважины.
Сваи под глинистым раствором устраивают в илистых или просадочных породах, а также
при высоком уровне грунтовых вод, т. е. во всех случаях, когда невозможно из-за
оплывания стенок скважины вести буровые работы сухим способом. Бетонирование свай
в этом случае ведут методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). По мере
заполнения скважины бетоном глинистый раствор вытесняется.
Глинистый раствор готовят из специальных тонкодисперсных бентонитовых глин. Для
измельчения их добавляют каустическую соду: на 1 м3 раствора обычно берут 0,256 кг
глины, 2,5 кг коагулянт-соды и 0,88 м3 воды. На 14.1 показана схема установки для
приготовления бентонитового раствора, примененной на строительстве КамАЗа.
§ 2. Буронабивные сваи с уширенной пятой
Буронабивные сваи с уширенной пятой, скважины для которых бурят под глинистым
раствором, впервые были применены трестом «Укрбурвод» в Киеве в 1962 г. на
строительстве 10-этажного жилого дома.
Расширенные полости образуются с помощью расширителя такой же конструкции, что и
при уширении сухих скважин, но без бадьи.
Для выполнения буровых работ на площадке необходимо иметь емкость для глинистого
раствора и отстойники для отработанной пульпы.
Промывка скважин. Удаляют разбуренную породу с помощью грязевых насосов типа ГР11 производительностью 15 м3/ч. Глинистый раствор одновременно с выносом
разбуренной породы охлаждает режущий инструмент — долота. По окончании бурения
глинистый раствор оставляют в скважине во избежание обрушения и оползания стенок.
Глубину скважины контролируют с помощью специального лота с грузом в 2—3 кгс; кроме
того, уточняют диаметр скважины и наличие в устье скважины обсадного патрубка.
Внутрь скважины на всю ее глубину устанавливают трубу для подачи бетонной смеси. При
бетонировании скважин под глинистым раствором нельзя применять телескопические
бетонолитные трубы, используемые для сухих скважин. Секционные трубы должны иметь
герметичные стыки.
На бетонолитной трубе закрепляют бункер, вместимость которого должна быть не
меньше объема бетонолитной трубы. В устье бетонолитной трубы устанавливают
съемный клапан для разделения глинистого раствора и бетонной смеси. Под клапаном
устраивают пробку из металла или мешковины с опилками.
По мере заполнения скважины бетонной смесью трубу перемещают краном вверх с таким
расчетом, чтобы обеспечить непрерывность бетонирования. Уровень смеси в
бетонолитной трубе во всех случаях должен быть выше уровня глинистого раствора в
скважине; бетонолитную трубу нужно заглублять в бетон не менее чем на 1 м. .
В процессе бетонирования глинистый раствор вытесняется бетонной смесью по
затрубному пространству к устью скважины, откуда отводится по лоткам в отстойник для
очистки и повторного использования. При насыщении раствора цементом его сливают в
отвал. Скорость восходящего потока глинистого раствора, равная 0,6—0,7 м/сек,
обеспечивает вынос разбуренного грунта на поверхность.
Бетонирование ,по методу ВПТ ведут до выхода бетонной смеси на поверхность и затем
удаляют загрязненный слой бетонной смеси. После съема обсадного патрубка
устанавливают опалубку и бетонируют оголовок сваи.
При выполнении работ недопустимы перерывы в бетонировании на срок, больший
начала схватывания бетона. Нельзя возобновлять работы без надлежащей подготовки
поверхности затвердевшего бетона— нужно удалить сгустившийся глинистый раствор.
Перерывы в бетонировании на срок, меньший начала схватывания цемента без выемки
трубы, не препятствуют продолжению работ, но перед последующим бетонированием
скважины необходимо обеспечить циркуляцию глинистого раствора, например, прямой
промывкой через трубу, опущенную до забоя. Циркуляция раствора необходима для
взвешивания глинистых частиц, выпадающих в осадок на дно. Этот осадок уменьшает
вертикальные и горизонтальные размеры уширения, кроме того, создается ненужная
прослойка между подошвой уширения сваи и материковым грунтом.
Для облегчения бетонирования скважин бурить их следует с промывкой более легким и
менее вязким раствором, какой допустим для данных горных пород, а в отдельных
случаях даже водой. В табл. 14.1 приведены рекомендуемые параметры глинистых
растворов для бурения скважин в различных грунтах.
При работе раздельным способом сваи под глинистым раствором изготовляют два звена:
в первое входят два бурильщика и моторист-дизелист, во второе — крановщик и два
бетонщика. Работы выполняют в 2—3 смены. В зимнее время во избежание
непроизводительных простоев ввиду застывания смазки бурового инструмента следует
организовать работы в три смены.
§ 3. Глубокие фундаменты из буровых опор
Так называемые глубокие буровые опоры представляют собой1 один из видов набивных
свай. Такие опоры можно сооружать как; под защитой обсадной трубы, так и под
глинистым раствором и избыточным давлением воды в скважине. Скважину можно
заполнить также секционными железобетонными трубами-оболочками..
Буровые опоры применимы в любых геологических условиях под крупные сооружения,,
причем высокая степень механизации работ при бурении и бетонировании позволяет
значительно сократить сроки их возведения и стоимость.
С помощью буровых опор нагрузки от сооружений передаются' на прочные грунты,
залегающие на глубине до 60 м. Роторное бурение скважин ведут на требуемую глубину
без обсадных труб, но-с промывкой скважин глинистым раствором. Затем скважины
заполняют бетоном (без удаления глинистого раствора) методом подводного
бетонирования (метод ВПТ).
Предложения по применению таких свай-опор были внесены в 1953 г. Н. А.
Рождественским, М. Г. Ефремовым и С. А. Тер-Галу-стовым (НИИ оснований и
фундаментов), а в 1954 г. — проф. Е. Л. Хлебниковым в ЦНИИС МПС.
Агрегат системы ЦНИИСа состоит из бурового механизма (фрезы, стойки с
раскрывающимися ножами, буровой колонны, подвешивающейся траверсы), роторавращателя и вышки (14.4).
Буровой механизм, подвешенный за нижнюю часть к вышке с помощью траверсывертлюга, опускают в скважину или оболочку. По мере разработки грунта буровую
колонну наращивают. Грунт разрабатывают отдельными проходками. После очередного
наполнения фрезы разбуренным грунтом буровой механизм извлекают и грунт
выгружают из фрезы в самоопрокидывающуюся вагонетку.
Буровой уширитель системы ЦНИИСа предназначен для устройства в основании свай
диаметрами 1,6; 2 и 3 м уширений диаметром до 2,5; 4 и 5 м. Такие уширения можно
устраивать в любых грунтах, кроме скальных и включающих крупные валуны. Уширителем можно разрабатывать связные грунты в сваях-оболочках и извлекать
разбуренный грунт из них.
Для образования уширения ниже оболочки пробуривают шахту, а затем с помощью
раскрывающихся ножей ее расширяют до требуемого диаметра. Операции выполняют
также поэтапно (в среднем 3—4 этапа) с периодической разгрузкой фрезы по мере
заполнения ее грунтом.
Уширитель обслуживает звено из четырех человек. Скважину и уширение заполняют
бетонной смесью способом вертикально перемещающейся трубы.
Глинистый раствор в процессе бурения подается по шлангам в забой скважины. Породу
при несвязных грунтах удаляют эрлифтом, расположенным у основания ножей. Связные
грунты разрабатывают специальной фрезой грейферного типа, которую периодически
вместе со всей буровой колонкой поднимают и очищают от грунта.
Описанный способ успешно применяют при сооружении глубоких опор, главным образом
в мостостроении. Пример устройства устоя моста на глубоких опорах с уширенной пятой
показан на 14.7. Набивные сваи в скважинах, образованных без выемки грунта
§ 1. Сваи в скважинах, образованных забивкой сердечников
Устройство скважин для набивных свай без выемки грунта путем забивки сердечников
или оболочек — одно из наиболее перспективных направлений. Выемка грунта
существенно влияет на удельный расход бетона — в этом причины двухкратного
увеличения объема бетона на единицу несущей способности в набивных сваях п»
сравнению с забивными: соответственно 6 и 3 м3 на 100 т несущей способности (в
условиях площадки КамАЗа).
Созданный в начале века способ образования скважины без выемки грунта у нас в стране
применялся ограниченно. Только в последние годы наметились сдвиги в этой области.
Типичной формой набивной сваи без оболочки является свая системы «К о м п р е с с о л
ь», предложенная французским инженером Дюлаком в 1900 г.
Последовательность изготовления свай (15.1) состоит из указанных ниже трех операций. /
— тяжелой чугунной бабой в виде конуса при падении с высоты в грунте пробивается
отверстие диаметром, несколько превышающим наибольшее ее сечение; // — скважину
заполняют бетоном, щебнем или песком (иногда предварительно подсыпают слой щебня)
и уплотняют их трамбовкой стрельчатой формы. В результате уплотняется основание,
уширяется опорная часть сваи и ствола; /// — уплотнение бетона в верхней части свай
заканчивают трамбованием его плоской трамбовкой.
Сваи «Компрессоль» применялись в зарубежной и отечественной практике (для
фундаментов коксовых батарей в Новокузнецке) в связных грунтах, способных сохранять
вертикальные откосы скважины.
По типу «Компрессоль» разработано много современных вариантов свай, отличающихся
примененными механизмами и особенностями в технологии работ. Так, в Удмуртии для
выштамповыва-ния применяют сваебойные агрегаты с трубчатыми или штанговыми
дизель-молотами при массе ударной части 1,8 и 2,5 т.
Формы и размеры штампов выбирают в зависимости от нагрузок и грунтовых условий.
Используются конусные (диаметр верха 0,7—1,4 м) или пирамидальные (с сечением по
верху от 0,5X1,2 до 0,7X1.6 м), длина ствола 1,6 м.
Копер (15.2) оборудован гидровыдергивателями и винтовыми домкратами. Перед
извлечением штампа винтовые домкраты упирают в стальной щит, уложенный над
местом устройства скважины. Отверстие, имеющееся по центру щита, располагают по
вертикальной оси будущей сваи. Гидровыдергиватели отрывают штамп и поднимают его
на 0,4—0,6 м, а затем подъем заканчивают грузовой лебедкой. Бетонируют сваи ранее
описанными способами (см. гл. 12).
Сменная производительность в летних условиях звена из 4 рабочих составляет 12—16
свай. Зимой работы выполняют с предварительным электропрогревом грунта. Несущая
способность таких свай составляет 40—200 тс в зависимости от размеров штампа,
грунтовых условий и интенсивности выштамповывания. По сравнению с забивными
призматическими сваями удельная несущая способность на 1 м3 объема сваи данной
конструкции оказалась выше .на 20—30%.
Сван типа MV английской фирмы «Экономик фаундейшн Лимнтед», разработанные Л.
Мюллером (ФРГ) в 195.6 г., сочетают преимущества выполнения скважин без выемки
грунта с надежным способом заполнения ствола сваи. Этот тип свай можно считать
перспективным ввиду того, что проходка скважины и бетонирование совмещены в один
процесс.
Устройство для изготовления таких свай состоит из полого стержня коробчатого сечения и
наконечника. Стержень забивают в грунт дизель-молотом и одновременно нагнетают
цементно-песча-ный раствор. Пройдя через стержень коробчатого сечения, раствор
выходит в верхней части наконечника и заполняет промежуток между телом стержня и
грунтом, образованный вследствие разницы линейных размеров наконечника и стержня.
После проходки до проектной отметки давление нагнетания увеличивают, уплотняя
окружающий сваю грунт. Оставление стержня в теле сваи и потребность в подаче
цементно-песчаного раствора под давлением услож-. няют производство работ, что
препятствует широкому распространению этого метода.
Совмещенный метод изготовления свай нашел дальнейшее развитие в
виброформованных сваях, предложенных Куйбышевским инженерно-строительным
институтом.
Из нескольких методов изготовления набивных свай, внедряемых в последние годы,
наиболее перспективным следует считать метод, основанный на использовании станка
БС-1М. Этот станок широко применялся при устройстве грунтовых свай городов Тольятти и
Набережные Челны.
На 15.5 изображены рабочие органы для пробивки скважин, применяемые также для
изготовления грунтовых свай (см. § 3). Другим способом изготовления свай без выемки
грунта является метод виброформования свай, сущность которого заключается в
следующем. После подготовительных работ устанавливают приемный бункер и
виброформователь выводят на центр будущей скважины. Полый наконечник, закрытый
снизу лопастями и соединенный через жесткую штангу с вибропогружателем, под
действием последнего погружается в грунт и образует скважину, которая сразу по мере
погружения наконечника заполняется бетонной смесью из бункера, устанавливаемого
над устьем скважины. По достижении проектной глубины наконечник приподнимают,
лопасти раскрываются
и наконечник извлекают с раскрытыми лопастями, причем бетон-лая смесь остается в
скважине.
Технологическая схема изготовления виброформованных свай приведена на 15.6, а
рабочие органы виброформования в двух вариантах показаны на 15.7. Во втором
варианте вместо самораскрывающихся створок предусмотрен теряемый железобетонный
башмак.
Виброформованные сваи экономичнее забивных свай по удельному расходу цемента,
бетона и арматуры, что видно из данных инженера П. М. Ермошкина (НИС Гидропроекта),
приведенных в табл. 15.1 и 15.2.
Более высокая несущая способность обоих типов набивных свай объясняется наличием
уплотненной зоны вокруг свай за счет увеличения объемной массы скелета грунта с 1,4—
1,57 до 1,74—1,9 т/м3 на контакте со сваей.
Сваи, скважины для которых выполнены станками БС-1М, можно устраивать только в
маловлажных устойчивых грунтах, тогда
как технология виброформования обеспечивает устройство свай и в неустойчивых
обводненных грунтах.
Вибронабивные сваи, предложенные Е. М. Перлеем и А. М. Рукавцовым, применяют в
отечественном строительстве с 1960 г. Сваи диаметром 40 см и длиной до 9 м с
уширенной пятой устраивают в последовательности, показанной на 15.8 (с. 300).
На этой схеме приняты следующие обозначения: / — вибропогружение инвентарной
стальной трубы, закрытой снизу теряемым башмаком; //—-заполнение трубы пластичной
бетонной смесью на высоту 0,8—1 м; /// и IV— образование уширенной пяты с помощью
трамбовки, соединенной с вибропогружателем; V — установка армокаркаса; VI —
заполнение трубы бетоном и последующее извлечение ее краном и вибропогружателем с
одновременным уплотнением прилегающего грунта.
Этот способ дает возможность изготовлять сваи при высоком уровне грунтовых вод.
Вибрирование позволяет применять жесткие смеси, что обеспечивает лучшее качество
свайного ствола и сокращает расход бетона. Замена забивных свай вибронабивными
снижает стоимость свай в фундаментах жилых и промышленных зданий на 35—65%;
расход стали при этом уменьшается до 10 раз.
К описанному типу набивных свай относят заливные сваи, изготовленные по технологии,
предложенной инженером В. Пангае-вым в 1967 г. (трест «Новосибирскцелинстрой-1).
Скважины выполняют с помощью передвижной копровой установки на автокране К-61 с
дизель-молотом С-222. Последовательность устройства свай показана на 15.9. С помощью
лидера пробивают скважину диаметром 0,36 м и глубиной 2—-3 м (поз. /). Затем рабочий
орган извлекают на поверхность и на его наконечник надевают уширитель, с которым его
погружают в скважину. Уширитель представляет собой отрезок трубы, имеющий в
верхней
части упорный стакан, а в нижней — плоское днище. К днищу уширителя прикреплены
две плиты, которые могут поворачиваться вверх до упора в днище. При погружении
плиты принимают полураскрытое положение и не касаются стенок скважины (поз. //).
Статическими испытаниями установлено, что расчетные нагрузки на заливные сваи
диаметром 0,36 м и длиной 2,5—3 м в грунтах тугопластичной и твердой консистенции
колеблются в пределах 15—25 тс без уширения и до 35 тс — с уширением основания.
На разработку одной скважины с уширением уходит 10—12 мин в талых грунтах и 20—30
мин — в мерзлых.
Для жилых двухэтажных домов и животноводческих помещений сваи размещают в один
ряд по контуру стен. По сваям сооружают монолитный железобетонный или сборный
ростверк из несущих перемычек высотой 22 см с закладными деталями для сварки.
При устройстве сборного ростверка на сваи надевают оголовки стаканного типа, по
которым укладывают балки ростверка.
Шаг свай под двухэтажные жилые дома принимают равным 1,5—2 м (всего на дом их
требуется 72—82 шт.). В животноводческих помещениях шаг свай принимают больший —
3—6 м.
В 1967—1968 гг. в Новосибирской области на таких набивных сваях были возведены 12
жилых домов, птичник и свиноферма на 800 голов. Экономический эффект от внедрения
свай на этих объектах достиг 60 тыс. руб., причем в 4—5 раз снижен расход бетона по
сравнению с устройством блочных фундаментов.
Метод устройства коротких конических свай в вытрамбованном ложе, предложенный С.
А. Зацем и А. И. Работни-ковым, отличается от изложенных выше применением
вибровдавливания.
При устройстве таких свай выполняют следующие операции: 1) навеску лидера на агрегат
типа ВВПС-20/11 или ВВПС-32/19 (15.10); 2) выштамповку ложа в грунте с помощью
лидера усилием вибратора и тяговой лебедки агрегата; 3) бетонирование скважины; 4)
установку армокаркаса.
Исследованиями, проведенными на лёссовидных грунтах I типа по просадочности,
установлены следующие оптимальные размеры конической сваи под нагрузку 40—50 тс
при осадке около 4 см: диаметр оголовка 80 см; высота конической части 2,2 м; угол
конусности 21°.
При погружении штампа эффект уплотнения околосвайной зоны зависит от влажности
грунта. При консистенции ниже 0,4 основание увлажняется до 18%- Затем, работая только
тяговой лебедкой без вибратора, продавливают гнезда и заливают их водой. Через 12—14
ч ложе выштамповывают до проектной отметки. Все работы выполняет звено, состоящее
из машиниста установки и 2—3 бетонщиков. Сменная производительность звена— 16—18
свай.
Несущая способность конических свай, составляющая ПО— 150 тс на 1 м3 бетона,
является весьма высоким показателем. Внедрение таких свай на одном из
промышленных объектов позволило снизить стоимость фундаментов на 70%, а на
строительстве 9-этажного жилого дома — на 50%
§ 2. Столбчатые фундаменты в котлованах, вытрамбованных в просадочных грунтах
Строительные нормы и правила рекомендуют два принципиальных подхода к
уплотнению просадочных грунтов.
В первом случае глубинное уплотнение ведут в пределах всей толщи основания с
предварительным замачиванием его или грунтовыми сваями (см. § 3 настоящей главы).
В других случаях грунт уплотняют только в пределах деформируемой зоны основания
одним из трех методов: поверхностным уплотнением грунта тяжелыми трамбовками,
устройством грунтовых подушек и вытрамбовыванием котлованов заданной формы и
глубины.
Последний метод излагается в настоящем параграфе.
При устройстве оснований на просадочных грунтах необходимо предпринимать меры по
предохранению грунтов от неорганизованного увлажнения. Так, планировка площадки
должна обеспечить сток поверхностных вод с территории.
Метод возведения столбчатых фундаментов в котлованах, образованных путем
вытрамбовывания просадочных грунтов, -отличается от метода «Компрессоль» тем, что
бетон не трамбуют, а вибрируют и уширения не происходит. Кроме того, новую
технологию отличает более высокий уровень механизации.
Работы по устройству столбчатых фундаментов выполняют в следующем порядке. С
поверхности срезают растительный и насыпной слой до отметки, соответствующей
отметке основания по-
лов. Падающая на грунт трамбовка образует на заданной глубине котлован диаметром по
низу 0,8—1,5 м. Глубина котлована составляет от 0,6 до 1,5 м.
В процессе трамбования в основании котлована образуется зона с плотностью грунта в
пределах 1,85—1,55 т/м3. При такой плотности в лёссовом грунте под уплотненной зоной
остается зона не-
достаточного уплотнения, где грунг, однако, имеет меньшую про-садочность и более
высокую прочность, чем при естественной плотности.
Несущая способность столбчатых фундаментов, возводимых таким методом, составляет в
зависимости от диаметра котлована 50—90 т, что в 3—4 раза выше, чем у аналогичных
фундаментов на естественном основании.
Фундаменты этого типа устраивают в просадочных грунтах для зданий с небольшими
нагрузками, когда не требуется объединять несколько столбчатых фундаментов в один
куст.
Котлованы образуют путем уплотнения грунта навесным оборудованием на кранеэкскаваторе, состоящем из трамбовки и направляющей штанги (см. 15.11). Трамбовка
имеет форму усеченного конуса с уклоном 1 : 20—1 : 10 (15.11). Удельное статическое
давление трамбовки на грунт 0,30—0,35 кг/см2 при массе 4—6 т. Для понижения центра
тяжести трамбовки в нижнюю ее часть закладывают металлолом. До начала работ рядом
с рабочим котлованом проводят опытное трамбование и по полученным данным
устанавливают необходимое количество ударов трамбовки. Средняя производительность
при использовании описанного оборудования составляет 30—35 котлованов в смену.
В проект устройства трамбованных, котлованов обычно включают следующие документы:
план котлована под здание (снятие растительного слоя); планы расположения отдельных
котлованов с нанесением пунктирными линиями контура фундаментов или
фундаментных балок; определение проектной глубины котлованов; данные о количестве
воды, заливаемой на один котлован в случае необходимого повышения влажности грунта
до оптимальной; данные о диаметре, массе, форме и высоте сбрасывания трамбовки;
ориентировочные размеры уплотняемой зоны при заданных параметрах трамбовки и
сведения о необходимом количестве ударов трамбовки.
§ 3. Грунтовые и песчаные сваи
Одним из способов глубинного уплотнения просадочных и макропористых лёссовых
грунтов является устройство грунтовых набивных свай (предложение Ю. М. Абелева). В
массовом объеме такие сваи применялись при строительстве 5—12-этажных жилых
домов в г. Тольятти, где только в период 1968—1972 гг. их было изготовлено более 200
тыс.
.Метод основан на том, что при механическом трамбовании природная макропористая
структура полностью разрушается и уплотненный грунт теряет просадочные свойства.
Одновременно вследствие вытеснения грунта в стороны при проходке скважины и
набивке ее грунтом происходит уплотнение грунта вокруг сваи. Скважины, заполненные
уплотненным грунтом, условно называют грунтовыми.
Этот способ целесообразно применять для устранения просадочных свойств грунтов со
степенью влажности до 0,7 при толщине макропористого слоя грунта в основании от 5 до
22 м. При большей толщине просадочного слоя целесообразность уплотнения
устанавливают на основе опытных работ.
Глубинным уплотнением грунта его плотность в основании повышается до средней
плотности скелета грунта, равной 1,65 т/м3. Для устройства противофильтрационных
завес степень уплотнения грунта в свае должна составлять 1,75 т/м3. С учетом этого в
проекте устанавливают диаметры скважин и соответствующие расстояния между ними.
До начала работ по глубинному уплотнению грунта грунтовыми сваями для уточнения
проектных параметров необходимо провести опытное уплотнение его. Выделенный для
этих целей участок грунта уплотняют несколькими (не менее трех) смежными сваями,
расположенными в плане .в вершинах равностороннего треугольника со сторонами,
определенными проектом. Результаты опытного уплотнения проверяют отрывкой шурфа
на глубину не менее 0,7 просадочной толщи с определением плотности и влажности
грунта.
В рабочий проект глубинного уплотнения грунта входят плай свайного поля с указанием
отметок заложения фундамента, план свай и рабочего горизонта; геологическая
характеристика участка; требования к влажности, а также к средней и минимальной
плотности грунта; характеристика оборудования; общая масса грунта и масса отдельных
порций, засыпаемых в скважины.
Перед разбивкой сетки расположения скважин по результатам устройства пробных свай
отбирают пробы грунта и вносят необходимые коррективы для достижения проектной
плотности грунта.
Скважины образуют бурением, пробивкой лидером или с помощью взрывов ценных
зарядов с предварительным устройством шпуров. Для образования скважин применяют
станки ударно-канатного бурения БС-1 (см. 15.4) или другие станочные механизмы,
позволяющие работать со снарядом массой не менее 3 т. Сначала скважины пробивают
через одну, а после набивки их грунтом возвращаются к пропущенным. Для пробивки
скважин используют специальный снаряд, состоящий из штанги с наконечником (см. 15.5)
и направляющего цилиндра (кондуктора). В ходе работ необходимо вести контроль за
точным соблюдением расположения свай в плане и за соответствием диаметров
оборудования. Для обеспечения вертикальности шпуров используют кондуктор или
направляющие. Патроны ВВ изготовляют из аммонита № 9 или № 10, его набивают в
патроны диаметром 42—-45 мм и массой ВВ по 50 г. Количество патронов на 1 м шпура
определяют с учетом глинистости грунта, характеризуемой числом пластичности, и
уточняют опытными взрывами. На 1 м скважины требуется от 5 до 10 патронов.
Патроны размещают в шпуре равномерно в пределах каждого однородного слоя,
прикрепляя их к шпагату или вязальной проволоке. Цепочку зарядов фиксируют строго по
центру скважины (15.12). Взрыв производится с помощью детонирующего шнура. В
результате взрыва вокруг образуется зона уплотненного грунта. Взрывание в шурфах
производят через скважину, пропущенные скважины взрывают только после засыпки и
уплотнения предыдущих. После взрыва замеряют глубину скважины и в случае
обнаружения завала до 1,5 м уплотняют грунт не менее чем 20 ударами снаряда, а при
большем завале бурят новую скважину. Качественно образовать скважину взрывным
методом можно лишь при оптимальной влажности грунта, т. е. когда она находится на
пределе раскатывания. При меньшей влажности грунт нужно. доувлажиить, так как
переуплотненный грунт может отслоиться от стенки скважины. В этом случае необходимо
определить природную влажность грунта и рассчитать потребное количество воды.
Набивают скважины тем же грунтом. Грунт укладывают в скважины послойно, дозами из
расчета заполнения ее за один раз рыхлым материалом на высоту, равную 2,5 ее
диаметра. Уплотняют засыпаемый материал станками ударно-канатного бурения с
ударными органами массой не менее 1 т. При таком уплотнении для засыпки можно
применять грунты с отклонениями от оптимальной влажности в пределах 0,02—0,06.
Образовывать скважины станками ударно-канатного бурения в мерзлых грунтах
разрешается при глубине промерзания до —0,3 м, при большей глубине необходимо
предварительно оттаивать грунт или проходить его бурением. Скважины заполняют
только талым грунтом. Для этого можно использовать супеси и суглинки, имеющие
влажность в пределах 2—6% от оптимальной.
Число ударов определяют из расчета 100 т-м на 1 т трамбуемого грунтового материала,
подлежащего уплотнению до объемной массы скелета грунта 1,75 т/м3. Набивать
скважины грунтовым материалом требуется до полного их заполнения.
Пооперационный контроль качества изготовления грунтовых свай должно вести лицо,
ответственное за ведение журнала работ, а выборочный — технадзор заказчика и автор
проекта.
Качество уплотнения контролируется лабораторией строительной организации. Акт на
скрытые работы по глубинному уплотнению грунта составляют после осмотра котлована,
открытого до отметки заложения фундамента, представителями организации,
выполняющей уплотнение, генподрядчика, заказчика и авторского надзора.
§ 4. Сваи с забивной оболочкой, извлекаемой из грунта
Сваи «Симплекс» (конструкции Франка Шумана) были применены впервые в США в 1903
г. На 15.13, а показана последовательность работ по изготовлению этой сваи. Цифрой /
обозначена толстостенная обсадная труба диаметром 40 см с литым чугунным башмаком,
забиваемая в грунт паровым копром; // — подача бетонной смеси порциями в обсадную
трубу с помощью бадьи со створчатым днищем; /// — трамбование бетона с помощью
ударного снаряда с одновременным выдергиванием обсадной трубы; IV — окончание
работ по изготовлению сваи. В мягких грунтах вместо башмака на конце трубы
закрепляют инвентарный раскрывающийся наконечник — «пасть аллигатора».
Сваи «Фр а нкиньол ь», созданные во Франции в 1909 г., применяются до сих пор.
Обсадная труба состоит из концентрических звеньев, вставленных друг в друга. Длина
звеньев 3—6 м при диаметре 0,4—0,7 м. Специальные муфты, не мешая
телескопическому передвижению звеньев, предохраняют их от разъединения.
Забивают трубу с помощью наконечника (15.13) со стержнем, по которому, как по
направляющей, ходит ударный орган.
Процесс изготовления сваи состоит из следующих шести операций: / и // — забивки
первого и второго звеньев обсадной трубы; /// — начала бетонирования после
извлечения бабы и наконечника из обсадной трубы; IV — трамбования бетона в трубе
(последняя несколько поднимается вверх, а смесь под давлением от трамбования
впрессовывается в грунт, уширяя сечение сваи). Ударный орган ходит по направляющим
проволокам, которые постепенно заделывают в бетон, а нижнее звено обсадной трубы
поднимается вверх за тяжи; V — извлечения нижнего звена обсадной трубы и
бетонирования следующего звена; VI — показана изготовленная свая.
Сваи «Харлей Э б б о т» отличаются от свай «Симплекс» в основном уширенным
основанием. В обсадную толстостенную трубу диаметром 40 см вставляют сердечник,
выступающий ниже обсадной
тЬубы на 1,25—1,5 м. Сердечник имеет наверху уширенную голову,. Опирающуюся на
обсадную трубу. Энергия удара через уширенный оголовок передается на обсадку.
На 15.13, в показана последовательность операций по изготовлению таких свай: /—
окончание забивки сердечника; // — сердечник вынут, в трубу подана порция бетона, а
труба приподнята; /// — в свае создается уширенная пята ударами сердечника по бетону;
IV — обсадная труба извлечена, бетонирование закончено.
У сваи «Компаунд» с уширением сверху (15.13, б) обсадная труба состоит из двух частей:
оболочки большого диаметра и свободно перемещающейся в ней оболочки меньшего
диаметра с металлическим теряемым наконечником.
До определенной глубины оболочки погружаются совместно, после чего внутренняя
оболочка добивается до проектной отметки. Бетонирование производится в обратном
порядке — сначала бетонируются ствол до уширения с извлечением обсадной трубы, а
затем и уширенная часть.
Сваи Макартура без оболочки, применяемые до сих пор в США, изготовляют забивкой
стальных труб диаметром 0,35 м вместе с наконечником. Бетонирование ведут с
одновременным извлечением трубы. Сердечник с молотом, опущенный на бетон,
обеспечивает плотность укладки и необходимый контакт бетона с окружающим грунтом.
Уширение основания достигается трамбованием бетона. Такие сваи изготовляют длиной
до 18 м.
Большое преимущество способа устройства свай Макартура заключается в быстроте
образования скважин стальными трубами и в одновременном уплотнении грунта,
окружающего трубы, при трамбовании бетона. Однако при этом весьма оперативном
способе устройства свайного поля нужен агрегат для погружения труб.
Свая «Ридлей» — смешанная сборно-монолитная конструкция, состоящая из забивной
стойки-колонны и бетонной монолитной оболочки. На 15.13, г показана схема
изготовления такой сваи: / — толстостенная обсадная труба с литым башмаком и муфтой
забивается в грунт; // — в трубу подается литая бетонная смесь, в которую вдавливается
железобетонная стойка; /// — приподнятая оболочка освобождает часть пространства.
При этом стойка опускается на башмак, вытесняя смесь, которая распределяется по ее
.периметру. На стойке имеется уширение, препятствующее выдавливанию бетона вверх.
На 15.14 изображено приспособление Ридлея для одновременного вдавливания сборной
стойки и извлечения оболочки.
Сборно-монолитную конструкцию применяют в отечественной практике в вариантах
буронабивных свай с механическим ушире-.нием пяты и камуфлетных.
Частотрамбованные набивные сваи. Такие бетонные сваи относятся к группе набивных,
при этом скважины для них образуют в грунте путем забивки обсадной трубы, свободно
опирающейся на специальный чугунный башмак. Трубу после заполнения ее бетоном
.извлекают из грунта, и бетонная смесь, выходящая из трубы, заполняют скважину.
Набивные частотрамбованные сваи иногда армируют.
Забивают и извлекают обсадную трубу из грунта с помощью специального копра,
оборудованного паровым молотом одиночного действия. Этот молот приспособлен и для
трамбования бетона в скважине.
Процесс изготовления набивной частотрамбованной сваи состоит из следующих
операций (15.15): забивки обсадной трубы диаметром 0,4—0,45 м в грунт (труба при
забивке свободно опирается нижним концом на чугунный башмак, остающийся после в
грунте); установки арматурного каркаса в трубу (в случае надобности), заполнения трубы
бетоном; извлечения трубы из грунта.
15.14. Схема приспособления для одновременного вдавливания стойки и извлечения
оболочки
Бетон подают в бадьях, вмещающих по 0,4—0,5 м3, и загружают в трубу для изготовления
всей сваи в 2—3 приема. После загрузки каждой порции смеси трубу поднимают на
соответствующую высоту. Извлекают ее под действием частых ударов молота: от удара,
направленного вверх, труба несколько приподнимается, а от удара, направленного вниз,
она осаживается.
Высота подъема трубы от удара молота примерно в 1,5—2 раза превосходит величину
погружения ее от последующего удара. Удары передаются через трубу на бетонную
смесь, вышедшую из нее под действием собственной массы столба в скважину, и
трамбуют его. Образующаяся волнистая поверхность сваи повышает ее несущую
способность. В некоторых случаях такие сваи по несущей способности превосходят
забивные железобетонные.
Для изготовления набивных частотрамбованных свай применялись копры Т-135. Копер
(15.16) состоит из следующих основных частей: опорной рамы с катками, башни, парового
котла, паровоздушного молота, паровой двухбарабанной лебедки, обсапной трубы и
тяговых соединений.
Копер приспособлен для забивки и извлечения обсадной трубы. Он оборудован молотом
одиночного действия С-276 с полуавтоматическим парораспределением. При забивке
обсадной трубы высоту подъема молота регулируют рычагом управления выпуска пара. В
комплекс копра входят обсадные трубы (15.17) диаметром 325 мм со стенкой толщиной
20 мм.
Частотрамбованные сваи применялись на стройках Москвы в 1949—1957 гг., например,
для усиления коробчатых фундаментов высотной гостиницы «Ленинградская» и
высотного жилого дома на Котельнической набережной. Сваи изготовляли длиной от 7
до-11м. Производительность работ по изготовлению частотрамбованных свай на
указанном объекте в отдельные дни доходила до 6 свай
в смену, что несколько ниже средней производительности копровой установки на забивке
железобетонных свай.
Статические испытания показали высокую несущую способность этих свай, составившую
90—100 т при осадках, не превышающих 3 мм. Расчетная нагрузка на сваи по проекту
была принята 60 т.
Недостатком частотрамбо-ванных свай является затруднительность контроля за
процессом бетонирования,вследствие чего были случаи местных сужений (шеек) ствола
сваи под действием подземных вод. Поэтому при изготовлении час-тотрамбованных свай
исключительно строго должна соблюдаться и контролироваться технология производства
работ.
Сваи системы «Франки». Такие набивные сваи, сконструированные в 1915 г., широко
применялись в последние годы в Польше, Венгрии, Англии, Бельгии, АРЕ и странах
Латинской Америки. Широкому применению их в Польше (до 70%) способствовал выпуск
оборудования (станки KPF) и создание специализированных организаций.
С помощью копрового оборудования K.PF сваи «Франки» . изготовляют диаметром
0,6 м и длиной до 20 м с несущей способностью до 200 т.
до
Последовательность изготовления свай показана на 15.18. Сваи изготовляют в
инвентарной толстостенной обсадной трубе с помощью специального копра.
Подвешенную к копру обсадную трубу устанавливают в месте изготовления сваи на
поверхности грунта (полож. /) и заполняют на высоту 0,8—1 м жестким бетоном или сухой
бетонной смесью. Затем смесь уплотняют бабой, падающей с высоты 1 м; заклиниваясь в
трубе, смесь образует бетонную пробку (полож. //). При дальнейшем трамбовании бетона
пробка, тянущая за собой обсадную трубу (полож. ///), вгоняется вместе с ней в грунт.
После достижения проектной отметки обсадную трубу поднимают на тросах на 20—30 см
и той же трамбовкой выбивают из нее бетонную пробку (полож. IV).
Уширенную пяту образуют трамбованием бетонной смеси жесткой консистенции. О
достигнутом расширении пяты судят по объему израсходованного бетона. Площадь
горизонтального сечения пяты обычно в 2—3 раза больше сечения обсадной трубы. В
слабых грунтах объем пяты достигает нескольких кубических метров.
После установки арматурного каркаса (полож. V) обсадную трубу заполняют бетоном и
постепенно извлекают ее из скважины (полож. VI). Последнюю стадию рассмотрим
подробнее. Процесс формирования ствола сваи включает следующие операции:
наполнение бадьи бетоном (около 100 л); подъем снаряда на 2 м; подъем бадьи и
засыпка бетонной смеси в обсадную трубу (высота бетонной смеси после засыпки не
должна превышать 0,9 м); подъем снаряда на высоту около 7 м и опускание его для
стряхивания бетона с арматурного каркаса; опускание снаряда до соприкосновения с
бетоном и натяжение троса; подтягивание трубы на высоту 20—30 см. Высота столба
бетонной смеси в трубе после подтягивания должна составлять 20-—30 см.
Расширяют ствол сваи ударами снаряда с высоты 1—1,5 м. Когда высота столба в трубе
достигнет 20—30 см, трамбование прекращают до загрузки следующей порции бетона.
Вследствие уплотнения окружающего грунта бетоном диаметр ствола сваи на 10— 20%
получается больше внутреннего диаметра обсадной трубы.
Все указанные операции повторяют до момента подъема обсадной трубы на уровень
контрольной отметки на стреле копра. В этом случае нижний конец трубы находится на
проектной отметке головы сваи. Бетонирование заканчивают с таким расчетом, чтобы
сформированная голова сваи находилась на 10—20 см выше проектной отметки (полож.
VII). _
От описанной выше технологии несколько отличается способ изготовления свай «В и б р о
- Ф р а н к и». Работы по устройству этого вида свай на стадиях /—V ведут по системе
«Франки», после чего включают вибратор для извлечения обсадной трубы и формования
бетонного ствола.
Сваи системы «Франки» можно размещать в грунте как вертикально, так и наклонно.
Такие сваи можно устраивать в любых грунтах, допускающих забивку обсадных труб с
закрытым торцом. Копры KPF выпускают в Польше различных модификаций: на
автомобиле, рельсовой тележке, шагающие и др. (15.19). Копровая установка KPF-22S
состоит из дизельного двигателя, лебедки, стрелы и ходовой части.
Двигатель установки, оборудованный разъединительной муфтой, расположен на раме
ходовой части. Вращающий момент от двигателя передается лебедке через редуктор и
используется для привода гидравлического насоса системы управления механизмами
копровой установки.
Механизмы лебедки состоят из трех канатных барабанов для подъема ударного снаряда,
перемещения бадьи с бетонной смесью и извлечения обсадной трубы. На валу барабана,
предназначенного для извлечения обсадной трубы, насажен кабестан для перемещения
копровой установки по рельсовому пути и других вспомогательных работ. Стрела может
поворачиваться на 60°.
Ходовая часть копровой установки состоит из четырех двухколесных тележек,
передвигающихся по временному рельсовому пути.
Во время формовки сваи, монтажа, демонтажа или во время укладки рельсового пути
стрела поддерживается четырьмя винтовыми домкратами. Стрела, выполненная из
стальных труб, с помощью петлевого шарнира может наклоняться назад на 15° от
вертикального положения. На вершине стрелы укреплены блоки для направления
канатов от отдельных барабанов лебедки в переднюю часть направляющей.
Установка KPF оснащена ударным снарядом для погружения обсадной трубы диаметром
0,5 м. В ее комплект входят также обсадная труба, загрузочное устройство для бетонной
смеси, откидывающееся при достижении верха трубы, а также загрузочное устройство,
отрываемое вручную.
Копровые установки KPF оснащены электрическими светильниками и сигнализационной
системой для согласования действий машиниста и формовщика.
В комплект копровых установок могут входить колесные тележки для перевозки
установок и контейнеры для бетонной смеси. На площадке для работы копровых
установок требуются также: бетоносмеситель емкостью 250 л, винтовые (или другие)
домкраты, тяговые лебедки, комплект шпал И
рельсов, емкость для цемента (если не используют цемент в мешках) и самосвалы.
Копровые установки KPF-22 можно применять в различных климатических условиях. На
монтаж (демонтаж) установки требуется 3—4 ч; столько же занимает погрузка или
выгрузка.
Установку обслуживают машинист и его помощник. Машинист управляет механизмами
подъема ударного снаряда и двигателем. Свайные работы выполняет бригада из шестивосьми человек, в зависимости от степени механизации вспомогательных работ.
О производительности установки KPF можно судить по данным табл. 15.5.
Копровые установки KPF-22, помимо набивных свай, можно применять для выполнения
различных работ: устройства заглубленных каптажей, депрессионных колодцев,
углубленных реперов, для извлечения стальных шпунтин, для забивки готовых свай,
шпунтовых стенок.
Контроль за устройством свай ведут в процессе забивки обсадной трубы и в процессе
формования сваи. После затвердевания бетонной смеси качество сваи определяют
пробными нагрузками. Результаты контрольных измерений заносят в паспорт сваи. В
паспорте должны быть указаны следующие данные: дата изготовления, номер сваи;
время начала и окончания забивки; время бетонирования; температура воздуха; марка
бетона; величина среднего отказа обсадной трубы; длина погружения трубы и длина
ствола.
Учитывая многолетний опыт применения свай KPF и их надежность, польские строители
пришли к выводу о необходимости расширения области применения набивных свай
системы «Франки».
Метод, аналогичный устройству свай системы «Франки», приме
нен Главленинградстроем при сооружении одного из зданий по
Гражданскому проспекту. В отличие от описанного выше способа
использовался не жесткий, а литой бетон. При формировании ство
ла для выталкивания бетона из обсадной трубы применялся гид
родомкрат.
§ 5. Сваи в забивных оболочках, остающихся в грунте
Прототипом ряда бетонных свай, изготовляемых в металлической оболочке, забитой в
грунт, послужила свая О. Штерна. Эта свая имеет коническую форму и состоит из оболочек
и сердечника. Оболочку изготовляют из листовой стали толщиной 3 мм. Сердечник
деревянный, сплошной, со сверлением по центру, служит для пропуска металлического
стержня диаметром 40 мм. Сердечник предназначен для забивки сваи, а стержень — для
извлечения сердечника после ее забивки (15.20, а). Свая Маета (15.20, б) имеет
усиленный наконечник. После удаления сердечника полость оболочки, оставшейся в
грунте, заполняется бетоном.
Положительные стороны свай подобной конструкции — гарантия сплошности ствола сваи
в сложных гидрогеологических условиях, а также изоляция бетона сваи от химически
агрессивных вод. Кроме того, наличие оболочки позволяет без ущерба для качества сваи
допускать значительные перерывы между забивкой оболочки и заполнением ее
бетонной смесью
Недостатками свай такой конструкции являются.значительныи расход листовой стали, а
также понижение несущей способности свай вследствие незначительной величины
трения гладкой поверхности металла по грунту. Кроме того, из свай Штерна трудно
извлекать сердечники из-за смятия оболочек и недостаточной жесткости их при забивке.
Поэтому теперь сваи Штерна, не применяются, однако идея их использована в ряде
конструкций современных видов свай.
Смятие оболочки при извлечении сердечника удалось преодолеть с помощью разъемного
сердечника в сваях Раймонда (см. далее).
Сваи британской фирмы типа «Скрурэт» имеют несущую способность до 1500 т.
Способ их устройства включает все основные операции, характерные для свай,
имеющих гибкую стальную оболочку и жесткий сердечник. Особенностью конструкции
сваи, имеющей рифленую оболочку, состоящую из отдельных секций, является то, что
нижняя секция выполнена из стальной пластины, на которую свободно опи» рается
жесткий сердечник. Свая погружается при вращательно-поступательном внедрении
ее в грунт. После достижения нижней секцией проектной отметки стальной сердечник
извлекают, в по-
лость сваи опускают арматурный каркас, после чего ее бетонируют. Сваи этого типа
диаметром 1,37 м использовались в качестве свай-стоек при строительстве моста.
Сваи «А к к е р м а н». При их устройстве используют тонкие металлические трубы
диаметром 30 см, забиваемые в грунт с помощью сердечника. Для предотвращения
смещений оболочки в процессе забивки последняя снабжена специальными ребрамистабилизаторами, что обеспечивает более точное погружение сваи. После забивки
сердечник извлекают и полость бетонируют.
С в а и «Р и ф о л» могут быть двух видов: с металлической оболочкой, непосредственно
воспринимающей удары молота, или с тонкостенной оболочкой,
забиваемой в грунт сердечником. После достижения проектной отметки полость на
высоту 1,2—1,5 м заполняют бетоном, обсадную трубу приподнимают на 1—1,2 м и
заполняют бетоном доверху. Труба закрывается герметизирующим наконечником. Далее
трубу снова забивают в грунт и в ее основании образуют уширение. Если грунт плотный,
диаметр сваи уширяют путем трамбования первой порции бетона.
Сваи «Эксплоудид». Металлическая тонкостенная оболочка погружается в грунт с
помощью деревянного сердечника. При достижении проектной глубины сердечник
извлекают, в полость оболочки опускают заряд ВВ, после
чего обсадную трубу заполняют бетоном. Затем трубу приподнимают, причем лопастный
наконечник раскрывается, пропуская заряд ВВ и бетон. После подрыва заряда в трубу
опускают следующие порции бетона, которые уплотняют деревянным сердечником.
Такие сваи целесообразно устраивать в обводненных грунтах.
Сваи Янссена имеют надежную конструкцию железобетонного заострения, позволяющего
проходить плотные глины с включением гравия. Оболочку сваи из стали толщиной 2 мм
сваривают автогеном с обоймой заострения.
Сваи Пирлесса. Оболочка сваи такой конструкции состоит из железобетонных колец,
причем нижнее кольцо опирается на полое заострение литого металлического башмака
(15.21). Сердечником служит толстостенная стальная труба, опирающаяся на муфту
диаметром большим, чем у трубы, благодаря чему при извлечении сердечника
исключается его трение об оболочку. Кольца оболочки бетонируют после подъема
сердечника. Такие сваи отличаются большой несущей способностью, как и другие сваиоболочки.
Сваи Гау изготовляют путем забивки в грунт стальных толстостенных труб без башмака и
удаления из них грунта. Такой метод применяют в США. Для изготовления свай длиной до
46 м используют трубы диаметром 25—30 см со стенками толщиной 5—15 мм. Грунт
удаляют сжатым воздухом или совместным применением воздуха и воды.
В сваях конструкции Гау был впервые применен механический вращающийся уширитель
пяты, принцип действия которого показан на 15.22. Грунт, разрабатываемый уширителем,
извлекался на поверхность также с помощью воды. Идея образования уширенной
пяты механическим способом использована в технологии современных видов
буронабивных свай.
Сваи Раймонда конической формы, предложенные в Польше в 1901 г., применяют в
зарубежном строительстве до сих пор. Такая свая (15.23) состоит из металлической
тонколистовой обо-(1—1,5 мм), усиленной приваренной спиральной обмоткой из 6— 7
мм проволоки /, навиваемой на специальный пустотелый сердечник заводского
изготовления, точно пригнанный по размеру оболочки. Наружная стальная оболочка
сердечника 2 разрезана на три части. Внутри сердечника вдоль всего его корпуса
помещается конической формы стержень 3, имеющий клинообразные приливы и
кулачки, распирающие оболочку сердечника при ударе молота по стержню.
Металлический кожух вместе с сердечником забиваются в грунт, как свая.
Когда свая забита, стержень сердечника поднимается вверх, разрезные части сердечника
сдвигаются (см. II —II на 15.23, б), и он легко извлекается. Внутреннее пространство
забитой в грунт оболочки после тщательного осмотра с помощью лампы заполняют
бетонной смесью.
На 15.23, а показана технологическая последовательность операций по изготовлению
сваи: / — оболочка и сердечник подготовлены для забивки; II — сердечник вставлен в
оболочку; III — сердечник с оболочкой забит в грунт на требуемую глубину; IV —
сердечник извлечен из оболочки; V — оболочка за-
полняется бетоном (в данном частном случае в бетон верхней части сваи втоплена
стальная арматура).
В США для оболочек стандартных свай Раймонда длиной до 12 м используют волнистый
тонкий лист, усиленный спиралью. Диаметр башмака 200 мм, конусность 3,3 см на 1 м. В
отличие от стандартных, сваи Раймонда длиной до 27 м выполняют в форме ступенчатых
секций длиной по 2,5 м.
Сваи «Монотюб» применяют в США, Канаде и некоторых других странах. Оболочку свай
готовят из волнистой листовой стали толщиной 3—8 мм и снизу закрывают стальным
башмаком диаметром 200 мм. Конусность стандартных типов не превышает 3,3 см на 1 м
при длине сваи до 7,5 м. Верхняя часть более длинных свай имеет незначительную
конусность — 0,25 см/м. Максимальная длина свай достигает 40 м. Стальную оболочку
забивают в грунт без сердечника и затем заполняют бетоном.
Для изготовления сваи Макартура с оболочкой, в отличие от описанных выше, используют
сменные оболочки. В грунт забивают толстостенную трубу вместе со вставленным в нее
сердечником. После извлечения сердечника в обсадную трубу опускают цилиндрическую
тонкостенную оболочку, заполняют ее бетонной смесью, а трубу извлекают. Уширяют пяту
трамбованием бетона в обсадной трубе до опускания в нее оболочки. Длина таких свай
достигает 25 м.
Сваи Вестерн, как и сваи Макартура, выполняют с помощью инвентарной обсадной трубы,
но забивают их без сердечника. Цилиндрическую оболочку длиной до 33 м опускают на
бетонный башмак диаметром 43 см и заполняют бетоном. Уширенная пята образуется так
же, как в свае Макартура.
Сваи Макартура и Вестерн применяют в некоторых странах Западной Европы и в США.
Заключение. При выборе типов фундаментов необходимо учитывать, что в определенных
грунтовых условиях устройство фундаментов из забивных свай дает возможность на 10—
15% снизить трудовые затраты в сравнении с фундаментами из бетонных блоков и
ленточными.
Особенно эффективно использовать свайные фундаменты на слабых, просадочных и
мерзлых грунтах. Но при этом высокая надежность и незначительная деформативность
фундаментов и сооружений на нвдс обеспечиваются только при четком соблюдении
технологической последовательности свайных работ.
Для правильного выбора средств механизации и технологии свайных работ необходимо
проводить технико-экономический анализ вариантов имеющегося свайного
оборудования с учетом местных грунтовых и гидрогеологических особенностей района
строительства, а также возможностей изготовления средств механизации в мастерских
СМУ. Как было показано в книге, наиболее высокую производительность труда при
забивке свай обеспечивают полноповоротные маневренные машины и сваебойное
оборудование с повышенной энергией удара, что позволяет, кроме того, увеличить
расчетные нагрузки на одиночные сваи.
Постоянно увеличиваются в последние годы масштабы применения набивных свай для
устройства фундаментов в соответствующих грунтовых условиях, особенно в
промышленном строительстве. Можно ожидать, что из набивных свай в ближайшие годы
больше
других будут применяться буронабивные, а из буронабивного оборудования — агрегаты
типа СО и БСО.
Особенно эффективной следует считать технологию устройства набивных свай со
свободным сбросом бетонной смеси в скважины. Высокие технико-экономические
показатели достигаются также при устройстве набивных свай в скважинах, пробитых в
грунте штампом, а также таких свай, в которых операции образования скважины и
бетонирования объединены в один процесс.
Перспективным направлением следует считать также разработку и внедрение свай,
изготовляемых в тонкостенных металлических или синтетических оболочках, вместо
металлических, что позволит расширить область применения набивных свай в
неблагоприятных грунтовых условиях.